專利名稱：一種用于數(shù)控機床的測試裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于數(shù)控機床測控領域，尤其涉及一種用于數(shù)控機床的測試裝置。
背景技術：
在數(shù)控機床的設計及控制工程中，力輸入與位移、應變、加速等輸出的關系是非常重要的，需要借鑒這些數(shù)據(jù)(力、位移、應變、加速度)來解決實際的工程問題。因此，這些數(shù)據(jù)的測試與采集工作(關乎數(shù)據(jù)的準確性)也相當重要。然而，這數(shù)據(jù)采集時鐘不同，同一測試對象(如機床主軸、橫梁等)各個測試數(shù)據(jù)(力輸入與位移、應變、加速度輸出)是難以被整合在一起分析的；并且無法判斷輸入與輸出的時序關系，解決工程實際問題也只能結合理論原理和經(jīng)驗方法來應對。這難以為數(shù)控機床控制與設計工程提供準確可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。數(shù)控機床的控制與設計工程是相當復雜的工作。其機械結構的復雜性要求測試儀器要可靠，使用簡便。目前，數(shù)控機床工程的力輸入與位移、應變、加速度輸出都是通過獨立搭建測試儀器的測試條件或系統(tǒng)，進而使用數(shù)據(jù)采集設備采集測試數(shù)據(jù)。其電氣線路之多，且與信號線路的復雜交錯，使得測試工作極其不便，同時測試的數(shù)據(jù)的可靠性也受到影響(數(shù)據(jù)被干擾)。再者，這些獨立的測試數(shù)據(jù)雖然在數(shù)據(jù)采集模塊6的控制下也可實現(xiàn)同一時鐘下采集，但是各相互獨立的傳感器的測試條件(其放置位置及振動、溫度等測試因素)是不同的；這難以測試得到數(shù)控機床的位移、應變、加速度等輸出在同一力輸入下的準確數(shù)據(jù)。這不僅艱難，也是相當浪費時間和不可預測的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實施例的目的在于提供一種用于數(shù)控機床的測試裝置，旨在解決現(xiàn)有的測試裝置中各個傳感器相互獨立、測試條件不同導致測試工作極其不便，且測試數(shù)據(jù)的準確性、可靠性也受到影響的問題。本發(fā)明實施例是這樣實現(xiàn)的，一種用于數(shù)控機床的測試裝置，包括:電源模塊；力測量模塊，其電源輸入端與所述電源模塊連接，用于檢測動態(tài)力信號并將所述動態(tài)力信號進行放大；位移測量模塊，其電源輸入端與所述電源模塊連接，用于檢測位移信號并將所述位移信號進行放大；應變測量模塊，其電源輸入端與所述電源模塊連接，用于檢測動態(tài)應變信號并將所述動態(tài)應變信號進行放大；分壓電路，其輸入端連接至所述位移測量模塊的輸出端；將所述放大后的位移信號進行分壓處理后輸出；穩(wěn)壓電路，其電源輸入端與所述電源模塊連接，將所述電源模塊輸出的電壓進行穩(wěn)壓處理；
按鈕開關，其輸入端連接至所述穩(wěn)壓電路的輸出端，所述按鈕開關的輸出端連接至所述應變測量模塊的復位端；數(shù)據(jù)采集模塊，第一采集端口連接至所述力測量模塊的輸出端，所述數(shù)據(jù)采集模塊的第二采集端口連接至所述分壓電路的輸出端，所述數(shù)據(jù)采集模塊的第三采集端口連接至所述應變測量模塊的輸出端；所述數(shù)據(jù)采集模塊通過采集端口采集所述動態(tài)力信號、所述位移信號及所述動態(tài)應變信號。更進一步地，所述數(shù)據(jù)采集模塊還與計算機連接，通過所述計算機對所述數(shù)據(jù)采集模塊進行采樣設置以及通道選擇設置。更進一步地，所述電源模塊包括:依次連接的電源變換降壓單元、24V直流電壓轉換單元和濾波單元；以及分別連接在所述濾波單元的輸出端的第一撥動開關、第二撥動開關和第三撥動開關；所述電源變換降壓單元的輸入端外接220V交流電；所述第一撥動開關的輸出端連接所述位移測量模塊，所述第二撥動開關的輸出端連接所述力測量模塊，所述第三撥動開關的輸出端分別連接所述應變測量模塊和所述穩(wěn)壓電路。更進一步地，所述位移測量模塊包括:位移傳感器，用于檢測位移信號；以及位移信號放大器，其電源輸入端連接至所述第一撥動開關的輸出端，所述位移信號放大器的信號輸入端與所述位移傳感器連接，所述位移信號放大器的輸出端與所述分壓電路連接；所述位移信號放大器將檢測到的位移信號進行放大后輸出。更進一步地，所述力測量模塊包括:力傳感器，用于檢測動態(tài)力信號；以及力信號放大器，其電源輸入端連接至所述第二撥動開關的輸出端，所述力信號放大器的信號輸入端與所述力傳感器連接，所述力信號放大器的輸出端與所述數(shù)據(jù)采集模塊的第一采集端口連接。更進一步地，所述應變測量模塊包括:應變傳感器，用于檢測動態(tài)應變信號；以及應變信號放大器，其電源輸入端連接至所述第三撥動開關的輸出端，所述應變信號放大器的信號輸入端與所述應變傳感器連接；所述應變信號放大器的輸出端與所述數(shù)據(jù)采集模塊的第三采集端口連接。本發(fā)明實施例提供的測試裝置將力、位移、應變等傳感器整合在一起，通過數(shù)據(jù)采集模塊在同一時鐘下采集所有數(shù)據(jù)，測試使用非常方便，測試數(shù)據(jù)可靠性好、準確性高。


圖1是本發(fā)明實施例提供的用于數(shù)控機床的測試裝置的模塊結構框圖；圖2是本發(fā)明實施例提供的測試裝置中電源模塊的內(nèi)部模塊結構圖；圖3是本發(fā)明實施例提供的測試裝置的內(nèi)部電路圖；圖4是本發(fā)明實施例提供的力輸入數(shù)據(jù)、位移數(shù)據(jù)和應變數(shù)據(jù)的曲線圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明實施例提供的用于數(shù)控機床的測試裝置適用于力輸入與位移、應變、加速度輸出等實際物理量的測量，并可在同一時鐘下分析它們之間的時序關系，為數(shù)控機床控制工程解決問題提供實際數(shù)據(jù)。圖1示出了該測試裝置的模塊結構框圖，為了便于說明書，僅示出了與本發(fā)明實施例相關的部分，詳述如下:用于數(shù)控機床的測試裝置包括:電源模塊1、位移測量模塊2、分壓電路3、力測量模塊4、應變測量模塊5、數(shù)據(jù)采集模塊6、穩(wěn)壓電路7和按鈕開關8 ;其中，力測量模塊4的電源輸入端與電源模塊I連接，用于檢測動態(tài)力信號并將動態(tài)力信號進行放大；位移測量模塊2的電源輸入端與電源模塊I連接，用于檢測位移信號并將位移信號進行放大；應變測量模塊5的電源輸入端與電源模塊I連接，用于檢測動態(tài)應變信號并將動態(tài)應變信號進行放大；分壓電路3的輸入端連接至位移測量模塊2的輸出端；將放大后的位移信號進行分壓處理后輸出；穩(wěn)壓電路7的電源輸入端與電源模塊I連接，將電源模塊I輸出的電壓進行穩(wěn)壓處理；按鈕開關8的輸入端連接至穩(wěn)壓電路7的輸出端，按鈕開關8的輸出端連接至應變測量模塊5的復位端；數(shù)據(jù)采集模塊6的第一采集端口連接至力測量模塊4的輸出端，數(shù)據(jù)采集模塊6的第二采集端口連接至分壓電路3的輸出端，數(shù)據(jù)采集模塊6的第三采集端口連接至應變測量模塊5的輸出端；數(shù)據(jù)采集模塊6通過采集端口采集動態(tài)力信號、位移信號以及動態(tài)應變信號。在數(shù)控機床的設計及控制工程中，清楚激勵與響應的時序關系，有利于主動控制結構的振動形式。研究激勵與響應的關系需要測試、采集儀器獲得準確的數(shù)據(jù)(力輸入與位移、應變、加速度等輸出)關系。本發(fā)明實施例提供的用于數(shù)控機床的測試裝置就是綜合了力、位移、應變等傳感器的測試儀器平臺，利用數(shù)據(jù)采集模塊6可在同一時鐘下采集所有數(shù)據(jù)。力、位移、應變等傳感器的電路都已經(jīng)搭建在測試裝置上，測試使用非常方便，測試數(shù)據(jù)可靠性好。在本發(fā)明實施例中，數(shù)據(jù)采集模塊6還與計算機連接，通過計算機對數(shù)據(jù)采集模塊6進行采樣設置以及通道選擇設置。其中，數(shù)據(jù)采集模塊6采用比利時LMS公司SCADAS305的數(shù)據(jù)采集前端。在本發(fā)明實施例中，電源模塊I的模塊結構如圖2所示，電源模塊I包括:電源變換降壓單元11、24V直流電壓轉換單元12、濾波單元13以及分別連接在濾波單元13的輸出端的第一撥動開關14、第二撥動開關15和第三撥動開關16 ;其中，電源變換降壓單元11、24V直流電壓轉換單元12和濾波單元13依次連接；電源變換降壓單元11的輸入端外接220V交流電；第一撥動開關14的輸出端連接位移測量模塊2，第二撥動開關15的輸出端連接力測量模塊4，第三撥動開關16的輸出端分別連接應變測量模塊5和穩(wěn)壓電路7。在本發(fā)明實施例中，為保證各個信號放大器和傳感器穩(wěn)定工作，濾波單元13可以采用型號為FN409的濾波器對24V直流電壓轉換單元12輸出的24VDC電源進行濾波，吸收由電源開關或者測試線路造成的電壓沖擊或者波動；同時濾波單元13輸出的電源單獨接線供給每個信號放大器。在本發(fā)明實施例中，位移測量模塊2包括:位移信號放大器21和位移傳感器22 ；其中位移傳感器22用于檢測位移信號；位移信號放大器21的電源輸入端連接至第一撥動開關14的輸出端，位移信號放大器21的信號輸入端與位移傳感器22連接，位移信號放大器21的輸出端與分壓電路3連接；位移信號放大器21將檢測到的位移信號進行放大后輸出。作為本發(fā)明的一個實施例，位移信號放大器21的工作電源是-24VDC，可以采用COM端與Vs的電壓反接的方法來實現(xiàn)；其放大信號輸出電壓大于數(shù)據(jù)米集模塊6的米樣電壓，因此采用分壓電路3來實現(xiàn)放大信號電壓降半；具體的，分壓電路3可以采用型號為LM6134的運算放大器來實現(xiàn)。位移信號放大器21和位移傳感器22需要通電預熱10分鐘。在本發(fā)明實施例中，力測量模塊4包括:力信號放大器41和力傳感器42 ;其中力傳感器42用于檢測動態(tài)力信號；力信號放大器41的電源輸入端連接至第二撥動開關15的輸出端，力信號放大器41的信號輸入端與力傳感器42連接，力信號放大器41的輸出端與數(shù)據(jù)采集模塊6的第一采集端口連接。在本發(fā)明實施例中，應變測量模塊5包括:應變信號放大器51和應變傳感器52 ；其中應變傳感器52用于檢測動態(tài)應變信號；應變信號放大器51的電源輸入端連接至第三撥動開關16的輸出端，應變信號放大器51的信號輸入端與應變傳感器52連接；應變信號放大器51的輸出端與數(shù)據(jù)采集模塊6的第三采集端口連接。圖3示出了用于數(shù)控機床的測試裝置的具體電路圖；第一撥動開關14用于控制位移信號放大器21的工作電源，從而進一步控制位移傳感器22工作；第二撥動開關15用于控制力信號放大器41的工作電源，從而進一步控制力傳感器42工作；第三撥動開關16用于控制應變信號放大器51的工作電源,從而進一步控制應變傳感器52工作。作為本發(fā)明的一個實施例，力信號放大器41和應變信號放大器51可以采用Kistler動態(tài)應變信號放大器，由于Kistler動態(tài)應變信號放大器的工作或者復位都需要觸發(fā)信號；工作測量時其Operate端口需要O 0.7V電壓觸發(fā)，復位時則需要2 7V電壓觸發(fā)；因此，可以采用一個常開常閉的穩(wěn)壓電路7和按鈕開關8來實現(xiàn)；具體地:0V電壓接到按鈕開關8的常閉端，5V電壓接到按鈕開關8的常開端，按鈕開關8的輸出端接Kistler動態(tài)應變信號放大器的Operate端口。為了保證走線統(tǒng)一，各個信號放大器的輸出轉接至電路板上，然后使用排線統(tǒng)一傳輸至各自的輸出端口。圖4是通過本發(fā)明實施例提供的用于數(shù)控機床的測試裝置采集到的力輸入數(shù)據(jù)、位移數(shù)據(jù)和應變數(shù)據(jù)的曲線圖，其中SI表示力輸入數(shù)據(jù)曲線，S2表示位移數(shù)據(jù)曲線，S3表示應變數(shù)據(jù)曲線。該測試裝置將各個單一參量(比如:力、位移、應變和加速度)的測試儀器與數(shù)據(jù)采集模塊6整合在一起，采用同一個采集器(數(shù)據(jù)采集模塊6 SCADA)采集各個參量的數(shù)據(jù)；力、位移、應變和加速度等測試參數(shù)都在同一時鐘下采集；將使用撥動控制開關、24V電源、濾波單元、分壓和復位電路實現(xiàn)了測試電氣線路系統(tǒng)，從而保證了這些測試儀器可被任意選擇進行測試工作。這樣會使機床控制與設計工程的測試工作非常方便，有條理。數(shù)控機床控制工程所需解決的實際工程問題不外乎是激勵(輸入)與響應(輸出)之間的問題。使用該測試裝置測試力輸入與位移、應變和加速度等輸出，然后在同一時鐘下使用數(shù)據(jù)采集模塊6采集這些測試數(shù)據(jù)，并整合分析測試數(shù)據(jù)的時序關系。根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結果即可判斷力輸入與位移、應變和加速度等輸出的問題所在，進而讓工程師使用合理的方法調(diào)解輸入與位移、應變和加速度等輸出的時序關系，以解決數(shù)控機床控制工程的問題。這種做法既經(jīng)濟又可靠。在數(shù)控機床的設計及控制工程中，清楚激勵與響應的時序關系，有利于主動控制結構的振動形式。研究激勵與響應的關系需要測試、采集儀器獲得準確的數(shù)據(jù)(力輸入與位移、應變、加速度等輸出)關系。本發(fā)明實施例提供的測試裝置為數(shù)控機床的控制與設計工程，激勵與響應測試提供方便和統(tǒng)一的測試條件(位置、振動、溫度等)，并且提供實時、準確的數(shù)據(jù)，有利于幫助快速地解決機床設計與控制工程的問題。本發(fā)明實施例提供的測試裝置將力、位移、應變等傳感器整合在一起，通過數(shù)據(jù)采集模塊在同一時鐘下采集所有數(shù)據(jù)，測試使用非常方便，測試數(shù)據(jù)可靠性好、準確性高。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種用于數(shù)控機床的測試裝置，其特征在于，包括: 電源模塊； 力測量模塊，其電源輸入端與所述電源模塊連接，用于檢測動態(tài)力信號并將所述動態(tài)力信號進行放大； 位移測量模塊，其電源輸入端與所述電源模塊連接，用于檢測位移信號并將所述位移信號進行放大； 應變測量模塊，其電源輸入端與所述電源模塊連接，用于檢測動態(tài)應變信號并將所述動態(tài)應變信號進行放大； 分壓電路，其輸入端連接至所述位移測量模塊的輸出端；將所述放大后的位移信號進行分壓處理后輸出； 穩(wěn)壓電路，其電源輸入端與所述電源模塊連接，將所述電源模塊輸出的電壓進行穩(wěn)壓處理；按鈕開關，其輸入端連接至所述穩(wěn)壓電路的輸出端，所述按鈕開關的輸出端連接至所述應變測量模塊的復位端；· 數(shù)據(jù)采集模塊，第一采集端口連接至所述力測量模塊的輸出端，所述數(shù)據(jù)采集模塊的第二采集端口連接至所述分壓電路的輸出端，所述數(shù)據(jù)采集模塊的第三采集端口連接至所述應變測量模塊的輸出端；所述數(shù)據(jù)采集模塊通過采集端口采集所述動態(tài)力信號、所述位移信號及所述動態(tài)應變信號。
2.如權利要求1所述的測試裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集模塊還與計算機連接，通過所述計算機對所述數(shù)據(jù)采集模塊進行采樣設置以及通道選擇設置。
3.如權利要求1所述的測試裝置，其特征在于，所述電源模塊包括: 依次連接的電源變換降壓單元、24V直流電壓轉換單元和濾波單元；以及分別連接在所述濾波單元的輸出端的第一撥動開關、第二撥動開關和第三撥動開關； 所述電源變換降壓單元的輸入端外接220V交流電；所述第一撥動開關的輸出端連接所述位移測量模塊，所述第二撥動開關的輸出端連接所述力測量模塊，所述第三撥動開關的輸出端分別連接所述應變測量模塊和所述穩(wěn)壓電路。
4.如權利要求3所述的測試裝置，其特征在于，所述位移測量模塊包括: 位移傳感器，用于檢測位移信號；以及 位移信號放大器，其電源輸入端連接至所述第一撥動開關的輸出端，所述位移信號放大器的信號輸入端與所述位移傳感器連接，所述位移信號放大器的輸出端與所述分壓電路連接；所述位移信號放大器將檢測到的位移信號進行放大后輸出。
5.如權利要求3所述的測試裝置，其特征在于，所述力測量模塊包括: 力傳感器，用于檢測動態(tài)力信號；以及 力信號放大器，其電源輸入端連接至所述第二撥動開關的輸出端，所述力信號放大器的信號輸入端與所述力傳感器連接，所述力信號放大器的輸出端與所述數(shù)據(jù)采集模塊的第一采集端口連接。
6.如權利要求3所述的測試裝置，其特征在于，所述應變測量模塊包括: 應變傳感器，用于檢測動態(tài)應變信號；以及 應變信號放大器，其電源輸入端連接至所述第三撥動開關的輸出端，所述應變信號放大器的信號輸入端與所述應變傳感器連接；所述應變信號放大器的輸出端與所述數(shù)據(jù)采集模塊的第三采集端口 連接。
全文摘要
本發(fā)明適用于數(shù)控機床測控領域，提供了一種用于數(shù)控機床的測試裝置；包括電源模塊，力測量模塊，位移測量模塊，應變測量模塊，分壓電路，穩(wěn)壓電路，按鈕開關，以及數(shù)據(jù)采集模塊，第一采集端口連接至力測量模塊的輸出端，數(shù)據(jù)采集模塊的第二采集端口連接至分壓電路的輸出端，數(shù)據(jù)采集模塊的第三采集端口連接至應變測量模塊的輸出端；數(shù)據(jù)采集模塊通過采集端口采集所述動態(tài)力信號、位移信號以及動態(tài)應變信號。本發(fā)明提供的測試裝置將力、位移、應變等傳感器整合在一起，通過數(shù)據(jù)采集模塊在同一時鐘下采集所有數(shù)據(jù)，測試使用非常方便，測試數(shù)據(jù)可靠性好、準確性高。
文檔編號B23Q17/00GK103158033SQ20111040944
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權日2011年12月9日
發(fā)明者黃俊華, 譚艷萍, 宋福民, 高云峰 申請人:深圳市大族激光科技股份有限公司, 深圳市大族數(shù)控科技有限公司