專(zhuān)利名稱：Pcb鉆孔機(jī)高速電機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)的制作方法
PCB鉆孔機(jī)高速電機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在印制電路板(PCB)上鉆微孔的鉆孔機(jī)械，特別是涉及一 種PCB鉆孔機(jī)高速電機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。背景技術(shù)：
印制電路板(PCB)的鉆孔機(jī)是一種高速聯(lián)動(dòng)鉆孔機(jī)，因其轉(zhuǎn)動(dòng)速度快 且精度要求高，因此其運(yùn)動(dòng)必須實(shí)行閉環(huán)控制。當(dāng)鉆孔過(guò)程中出現(xiàn)鉆頭脫 落，鉆孔深度不夠，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定等故障時(shí)，其實(shí)時(shí)狀態(tài)將在液晶顯示 屏上模擬顯示，并自動(dòng)停機(jī)。當(dāng)故障排除，恢復(fù)正常狀態(tài)后，系統(tǒng)才能正 常工作。這一系列的控制過(guò)程是由CNC (計(jì)算機(jī)數(shù)控)單元來(lái)實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)有 的PCB鉆孔機(jī)控制系統(tǒng)存在如下問(wèn)題和缺陷其一是機(jī)-電控制方式不統(tǒng)一， 有的采用伺服電機(jī)或線性電機(jī)，信號(hào)反饋和執(zhí)行慢，動(dòng)作有較大誤差；其 二是機(jī)-電控制是開(kāi)環(huán)的，即機(jī)械或電氣上的故障，不能互相及時(shí)補(bǔ)償，需 要人工干預(yù)。因而降低了 PCB鉆機(jī)的工作速度，增加了操作者的工作強(qiáng)度； 其三是機(jī)-電控制即使實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制，所采用的電子元器件的工作頻率 低，因此對(duì)高速PCB鉆孔機(jī)(如18萬(wàn)轉(zhuǎn)/ )就不能適用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在解決上述問(wèn)題，而提供一種能自動(dòng)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)速 度，并根據(jù)反饋的信號(hào)自動(dòng)調(diào)整電機(jī)的電源頻率，從而自動(dòng)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速 的PCB鉆孔機(jī)高速電機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種PCB鉆孔機(jī)高速電機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包"^:高速電沖幾，其與電源相連接；電源變頻器，其連接于高速電機(jī)的電源端；測(cè)速器，其裝設(shè)于高速電機(jī)上，并與電源變頻器連接，所述測(cè)速器將檢測(cè)到的高速電機(jī)轉(zhuǎn)子的頻率信號(hào)經(jīng)處理后送到電源變 頻器，對(duì)高速電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)控制。高速電機(jī)包括機(jī)殼、轉(zhuǎn)子、定子及軸承，其中，轉(zhuǎn)子上一體地形成有 銅鼠籠，轉(zhuǎn)子裝在機(jī)殼內(nèi)中央；定子是由硅鋼片疊裝而成，硅鋼片的中部 四周繞有按一定順序排列的多組線圈，定子裝在轉(zhuǎn)子的銅鼠籠外部；軸承 為空氣軸承，它裝在轉(zhuǎn)子與機(jī)殼的內(nèi)壁之間。轉(zhuǎn)子的端面邊緣間隔地設(shè)有多個(gè)測(cè)速用的缺口 。測(cè)速器裝在轉(zhuǎn)子的前端面外側(cè)的動(dòng)力板上。測(cè)速器為微型無(wú)接觸式傳感器，具體地說(shuō)，傳感器為磁敏傳感器，更 具體地說(shuō)，測(cè)速器有一外殼，外殼內(nèi)通過(guò)封裝材料依次封裝有檢測(cè)和處理 速度信號(hào)用的傳感器芯片、用于磁感應(yīng)的微型永久磁鋼及聚磁軟鐵，連接 芯片的導(dǎo)線由外殼一端引出。傳感器芯片內(nèi)包含有模/數(shù)電路、與之相連的放大整形電路及信號(hào)反饋 電路，其中，信號(hào)反饋電路經(jīng)導(dǎo)線與電源變頻器連接。永久磁鋼為含鎳、鉻的合金制成的柱狀體。聚磁純鐵為片狀體。本發(fā)明的貢獻(xiàn)在于，它有效克服了現(xiàn)有PCB的鉆孔機(jī)控制系統(tǒng)的缺陷。 本發(fā)明的系統(tǒng)能自動(dòng)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，并根據(jù)反饋的信號(hào)自動(dòng)調(diào) 整電機(jī)的電源頻率，從而自動(dòng)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，因此形成了一個(gè)閉環(huán)控制系 統(tǒng)，該系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，能對(duì)轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)和瞬間速度實(shí)施連續(xù)檢測(cè) 和自動(dòng)調(diào)整，因而可有效保證PCB鉆孔機(jī)的加工質(zhì)量和正常工作。
圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明的高速電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖2A為整體結(jié)構(gòu)剖視圖， 圖2B為轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖，圖2C為轉(zhuǎn)子前端面示意圖，圖2D為定子結(jié)構(gòu)示 意圖。圖3是本發(fā)明的測(cè)速器結(jié)構(gòu)剖視圖。圖4是本發(fā)明的測(cè)速器的模/數(shù)電路示意圖。圖5是測(cè)速器信號(hào)輸出簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施方式參閱圖1，本發(fā)明的PCB鉆孔機(jī)高速電機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)包括高速電機(jī) 10、電源變頻器20及測(cè)速器30。該系統(tǒng)的閉環(huán)控制包括實(shí)時(shí)檢測(cè)高速電機(jī) 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和將該轉(zhuǎn)速的檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)反饋到電源變頻器，通過(guò)調(diào)整電機(jī) 電源的輸入頻率，使高速電機(jī)得到自動(dòng)控制。這種控制是一個(gè)連續(xù)不斷的， 通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)^r測(cè)、自動(dòng)反4赍，自動(dòng)調(diào)速的閉環(huán)控制。圖2示出了高速電機(jī)的結(jié)構(gòu)，如圖2A所示，所述高速電機(jī)10包括機(jī) 殼ll、轉(zhuǎn)子12、定子13及軸承14,其中，轉(zhuǎn)子12結(jié)構(gòu)如圖2B所示，它 為柱狀體，其上一體地形成有銅鼠籠121，如圖2C,在轉(zhuǎn)子12的前端面邊 緣間隔地設(shè)有多個(gè)測(cè)速用的U形缺口 122。轉(zhuǎn)子12裝在^L殼11內(nèi)中央。定 子13結(jié)構(gòu)如圖2D所示，它是由硅鋼片疊裝而成的套狀體，硅鋼片的中部 四周繞有按一定順序排列的多組線圈131,定子的內(nèi)孔直徑與轉(zhuǎn)子鼠籠121 外徑相匹配，并套裝在轉(zhuǎn)子的鼠籠121外部。軸承14為空氣軸承，它裝在 轉(zhuǎn)子12與機(jī)殼11的內(nèi)壁之間，其與轉(zhuǎn)子12之間具有氣隙，可避免其與轉(zhuǎn) 子間的接觸摩擦。本發(fā)明的高速電機(jī)工作時(shí)，當(dāng)交變電流通過(guò)定子線圈時(shí)就會(huì)產(chǎn)生交變 磁場(chǎng)，交變磁場(chǎng)在鼠籠的條形導(dǎo)電條內(nèi)感應(yīng)出極性相反，有相位差的電磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子由正、負(fù)交變的電磁力吸引而旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的速度是由變頻電源控制的，電源頻率f與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成正比f(wàn) =Nxn/60 其中，n--轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/分；N—轉(zhuǎn)軸上的缺口數(shù)； 貝寸，n=60 f/N.民卩n-f x 60/N。因此，只要調(diào)整變頻器的輸入頻率f ，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n也相應(yīng)變化，這 就實(shí)現(xiàn)了對(duì)高速電機(jī)的變頻控制過(guò)程。所述電源變頻器20可選用常規(guī)產(chǎn)品，它連接于高速電機(jī)的電源輸入端， 用于通過(guò)改變電源頻率來(lái)控制高速電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。測(cè)速器30是用于獲取高速電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的器件。為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的高速旋 轉(zhuǎn)和瞬間速度的連續(xù)檢測(cè)，必須使用無(wú)接觸式測(cè)速器，且要求其體積小， 檢測(cè)的反饋信號(hào)幅度值大，抗干擾能力強(qiáng)，信號(hào)穩(wěn)定。本發(fā)明中的測(cè)速器 30為微型無(wú)接觸式傳感器，具體地說(shuō)，它是一種微型磁敏傳感器，其結(jié)構(gòu) 如圖3所示，該測(cè)速器30有一中空的柱狀外殼31,外殼內(nèi)沿軸向依次裝有 傳感器芯片32、微型永久磁鋼33及聚磁軟鐵34,上述器件通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂 封裝。所述傳感器芯片32內(nèi)包含有模/數(shù)電路321、與^目連的放大整形電 路322及信號(hào)反饋電路323,其中，信號(hào)反饋電路323經(jīng)導(dǎo)線35與電源變 頻器20連接，傳感器芯片32內(nèi)固化有檢測(cè)和處理速度信號(hào)的程序。微型 永久磁鋼33為磁敏器件，它是含鎳、鉻的合金制成的柱狀體，其磁通密度 100-150 x 10—M寺斯拉(T),它具有耐高溫的優(yōu)點(diǎn)，其磁通密度在200°C以下 不會(huì)變化，可充分適用高速鉆孔機(jī)的溫度環(huán)境。聚磁軟鐵34是含鐵純度為 99.9%的圓形軟鐵片。連接傳感器芯片32的導(dǎo)線35由外殼一端引出。上述 測(cè)速器30裝在高速電機(jī)前端的動(dòng)力板15上與轉(zhuǎn)子12的前端面邊緣的U形 缺口 122對(duì)應(yīng)的^f立置。該測(cè)速器30的基本原理如下因?yàn)橥ㄟ^(guò)傳感器的磁通密度cD與轉(zhuǎn)子和 傳感器間的磁路總磁阻RM的平方值是成比例的，因此設(shè)芯片通過(guò)的電流為I,傳感器與轉(zhuǎn)子面的距離為S ，磁鋼及純鐵的磁導(dǎo)體磁阻為Rm，轉(zhuǎn)子與傳感器之間的磁阻為RS ，貝寸0) = Kx I/RM = Kx 1/ (Rm+ Rs ) 其中，K為設(shè)計(jì)常數(shù)，由結(jié)構(gòu)確定。當(dāng)主軸、轉(zhuǎn)子尺寸設(shè)計(jì)確定后，傳感器與轉(zhuǎn)子間的間隙S按輸出信號(hào) 強(qiáng)、弱的要求確定后，則有以下的電磁感應(yīng)關(guān)系 △ C = t ( ARS )芯片c端車(chē)lr出的^[言號(hào)幅度e = — K d①/dt= — K d (K x I/Rm+Rs)/dt=-K2 x I/(Rm+Rs )2而Rm在傳感器制作完成后，它是不會(huì)變化的，故其輸出信號(hào)的幅度e 決定于Rs ,而且與R5的平方值成反比的，ARs引起A①。所以，傳感器 的安裝要十分精確。與轉(zhuǎn)子間距離的微小變化，輸出信號(hào)將有較大變化。 感應(yīng)信號(hào)e的頻率f,可達(dá)5-100KHz。如果設(shè)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周有6個(gè)缺口 ，即 N=6,則ARs有6次變化，芯片將會(huì)輸出6個(gè)正弦波信號(hào)，主軸轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n=60x fVN-6Qx ( 5000-100000 ) /6=50000-1000000轉(zhuǎn)。參閱圖2A、圖4、圖5,由于在測(cè)速器30上設(shè)有永久》茲鋼33及聚磁軟 鐵34,當(dāng)被檢測(cè)的轉(zhuǎn)子端面的缺口 122 (見(jiàn)圖2C)閃過(guò)》茲敏區(qū)時(shí)，從傳感 器芯片32內(nèi)的模/數(shù)電路321 (見(jiàn)圖4)表示的MRi和MR2處的磁場(chǎng)就會(huì)發(fā)生 突變，MR!、 MR2的阻值也發(fā)生變化。當(dāng)a、 b兩端加電壓Vcc,則c端輸入出 一正弦波信號(hào)(見(jiàn)圖5)。該正弦波信號(hào)經(jīng)傳感器芯片32內(nèi)的》丈大整形電路 322處理后，產(chǎn)生一個(gè)脈沖，送入CNC單元，再經(jīng)傳感器芯片的信號(hào)反饋電 路323反饋給電源及變頻器，實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)控制。
權(quán)利要求
1、一種PCB鉆孔機(jī)電機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括高速電機(jī)(10)，其與電源相連接；電源變頻器(20)，其連接于高速電機(jī)的電源端；測(cè)速器(30)，其裝設(shè)于高速電機(jī)(10)上，并與電源變頻器(20)連接，所述測(cè)速器(30)將檢測(cè)到的高速電機(jī)轉(zhuǎn)子的頻率信號(hào)經(jīng)處理后送到電源變頻器(20)，對(duì)高速電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行閉環(huán)控制。
2、 如權(quán)利要求1所述的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述高速電機(jī)(10 ) 包括機(jī)殼(11)、轉(zhuǎn)子(12)、定子(13)及軸承(14),其中，轉(zhuǎn)子(12) 上一體地形成有銅鼠籠(121)，轉(zhuǎn)子裝在機(jī)殼(11)內(nèi)中央；定子(13) 是由硅鋼片疊裝而成，硅鋼片的中部四周繞有4安一定順序排列的多組線圏， 定子(13)裝在轉(zhuǎn)子的銅鼠籠(121)外部；軸承(14)為空氣軸承，它裝 在轉(zhuǎn)子(12)與機(jī)殼(11)的內(nèi)壁之間。
3、 如權(quán)利要求2所述的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子(12) 的端面邊緣間隔地_沒(méi)有多個(gè)測(cè)速用的缺口 ( 122 )。
4、 如權(quán)利要求l所述的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)速器(30) 裝在轉(zhuǎn)子(12)的前端面外側(cè)的動(dòng)力板(15)上與轉(zhuǎn)子(12)前端面邊緣 的U形缺口 (122)對(duì)應(yīng)的位置。
5、 如權(quán)利要求4所述的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)速器(30) 為微型無(wú)接觸式傳感器。
6、 如權(quán)利要求5所述的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器為磁 敏傳感器。
7、 如權(quán)利要求6所述的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)速器(30) 有一外殼(31)，外殼內(nèi)通過(guò)封裝材料依次封裝有檢測(cè)和處理速度信號(hào)用的傳感器芯片(32 )、用于磁感應(yīng)的微型永久磁鋼(33 )及聚磁軟鐵(34 )， 連接芯片的導(dǎo)線(35)由外殼一端引出。
8、 如權(quán)利要求7所述的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器芯片 (32 )內(nèi)包含有模/數(shù)電路(321 )、與之相連的放大整形電路(322 )及信號(hào)反饋電路(323 )，其中，信號(hào)反饋電路(323 )經(jīng)導(dǎo)線(35)與電源變頻 器(20)連接。
9、 如權(quán)利要求7所述的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述永久磁鋼(33 ) 為含鎳、鉻的合金制成的柱狀體。
10、 如權(quán)利要求7所述的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述聚磁純鐵 (34)為片狀體。
全文摘要
一種PCB鉆孔機(jī)高速電機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一高速電機(jī)，其與電源相連接；一電源變頻器，其連接于高速電機(jī)的電源端；一測(cè)速器，其裝設(shè)于高速電機(jī)上，并與電源變頻器連接，所述測(cè)速器將檢測(cè)到的高速電機(jī)轉(zhuǎn)子的頻率信號(hào)經(jīng)處理后送到電源變頻器，對(duì)高速電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)控制。該系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，能對(duì)轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)和瞬間速度實(shí)施連續(xù)檢測(cè)和自動(dòng)調(diào)整，因而可有效保證PCB鉆孔機(jī)的加工質(zhì)量和正常工作。
文檔編號(hào)H02K11/00GK101262201SQ200810066258
公開(kāi)日2008年9月10日 申請(qǐng)日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者李小琳, 陳忠南 申請(qǐng)人:李小琳