專利名稱：電解加工火花檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種火花檢測裝置，特別是一種電解加工工藝中引發(fā)的火花檢測裝置。
背景技術：
在電解加工時，由于電解液中含有雜質(zhì)等原因，常會造成加工間隙局部短路，這種短路往往是瞬時的，在消除這種瞬時局部短路時，會有火花出現(xiàn)。若火花過大或出現(xiàn)過頻繁，則需停止電解加工工作，以防陰極燒壞?；鸹z測裝置是專門測量火花信號的裝置，當火花超出電解加工工作閾值時，該裝置即發(fā)出信號，切斷電源。高嵩等人設計了用于高頻脈沖電解電源的火花檢測裝置。該裝置由霍爾傳感器直接檢測MOSFET漏極的電流，經(jīng)高速光耦進入比較器與事先設定值比較，如大于設定值則計數(shù)器開始計數(shù)，同時555定時器開始定時。定時時間到計數(shù)器還沒計滿，表明只是偶然出現(xiàn)的火花，保護電路不動作；如在定時器時間內(nèi)計數(shù)器計滿，則表明發(fā)生了連續(xù)性火花，保護電路動作。然而，現(xiàn)有技術利用霍爾傳感器采集的脈沖電源電流信號的幅值突變來檢測火花故障，由于脈沖電源輸出電壓的特殊性，該裝置不能采集電壓信號進行故障檢測。本實用新型公開了一種電解加工火花檢測裝置，對于直流電解電源來說，該裝置可以隨意選取電壓或電流信號進行檢測，提高了應用的靈活性。
發(fā)明內(nèi)容—種電解加工火花檢測裝置，由信號整合電路1、1’，模數(shù)轉換電路2、故障判斷電路3以及故障輸出電路4、4’構成；模數(shù)轉換電路2有兩個信號輸入端ADIN和ADIN’，分別與信號整合電路I和I’的輸出端連接；模數(shù)轉換電路2輸出端與故障判斷電路3輸入端連接；故障判斷電路3輸出端分別與與故障輸出電路4、4’輸入端連接。進一步的，電解加工火花檢測裝置的信號整合電路I包括運放U16(0P27GS)、電阻R62、R63、R65、R66、R67、R68、穩(wěn)壓二極管 D9，電容 C59、C60:輸入信號 CURRENT_IN 通過 R67接到運放U16的同相輸入端，U16的同相輸入端通過R68與模擬地AGND相連，R62跨接在U16的反向輸入端和U16的輸出端之間，U16的反向輸入端與模擬地AGND之間接電阻R63，R65作為電路輸入匹配阻抗跨接在⑶RRENT_IN和AGND之間，U16的輸出信號接在R66的一端，R66的另一端為信號整合電路的輸出信號ADIN，ADIN連到穩(wěn)壓二極管D9的負極，D9正極接AGND，U16的引腳7接到電源+15V，引腳7與AGND間跨接濾波電容C59，U16的引腳4接到電源-15V，引腳4與AGND間跨接濾波電容C60。信號整合電路I’與信號整合電路I線路相同，包括 U16’、電阻 R62’、R63’、R65’、R66’、R67’、R68’、穩(wěn)壓二極管 D9’。進一步的，電解加工火花檢測裝置的模數(shù)轉換電路2具有兩個信號輸入端ADIN和ADIN，，包括AD轉換芯片U17 (AD7656)、電解電容C63、C64、C65、C66、C71、C72，無極性電容C67、C68、C69、C70、C73、C74，電路的輸入信號ADIN和ADIN，分別接到U17的引腳33、36，U17的引腳34、35、40、41、46、47、50、60接到電源+5VA，引腳31接到電源+15V，31腳和AGND間跨接濾波電容C71和C73，引腳30接到電源-15V，引腳30和AGND間跨接濾波電容C72 和 C74,引腳 53、52、49、44、43、38、37、32 接到 AGND,引腳 24、9 接到電源 VDD103V3,引腳29、27、61、8、25、接到數(shù)字地DGND，引腳26接到電源+5VD，基準電壓輸入引腳51接到電源+2.5VA，51腳和AGND間跨接濾波電容C63和C67，引腳54、56、58分別接基準去耦電容C64C68、C65C69、C66C70,引腳 17、16、15、14、13、12、11、10、7、6、5、4、3、2、1、64 作為電路輸出的16位數(shù)字編碼接到故障判斷電路，引腳21、22、23、19、20、63、18、28、62作為八0芯片控制信號與故障判斷電路的核心芯片相連。進一步的，電解加工火花檢測裝置的故障判斷電路3包括U29(TMS320F28335)，模數(shù)轉換電路的輸出 DO D15 接到 U29 的引腳 136、135、134、133、132、131、130、129、128、127、124、123、122、119、116、115，U17 的控制信號接到 U29 的引腳 111、148、75、110、137、149,150ο進一步的，電解加工火花檢測裝置的故障輸出電路4包括光耦U8(EL817)，電阻 R19、R18、R20、R17，三極管 Ql (MMBT2907A)，繼電器 Kl，發(fā)光 二極管 LED13，二極管D4(1N4148)，壓敏電阻YMl:U8的引腳I通過R19接到電源VDD103V3，故障判斷電路的輸出信號DOl接到U8的引腳2，信號經(jīng)過光耦隔離通過U8的4腳輸出，接到R18的一端，R18另一端接到Ql的B腳，R17跨接在Ql的B腳和E腳之間，Ql的E腳接到電源VD05V, Kl的線圈、D4、R20串上LED13三條線路并聯(lián)接在Ql的C腳和VDOOV之間，繼電器的輸出常開節(jié)點作為電路的輸出信號，壓敏電阻YMl并聯(lián)在輸出兩端。故障輸出電路4’與故障輸出電路4線路相同，包括光耦 U9(EL817)，電阻 R19’、R18’、R20，、R17’，三極管 Ql’(MMBT2907A)，繼電器K1’，發(fā)光二極管LED13’，二極管D4’ (1N4148)，壓敏電阻YM1’。進一步的，電解加工火花檢測裝置的信號整合電路1、1’為比例放大電路，比例放大電路包括運放U16 (0P27GS)、R62、R63、R66、R67，穩(wěn)壓二極管D9，輸入信號CURRENT_IN通過R67接到U16的同相輸入端，R62跨接在U16的反向輸入端和U16的輸出端之間，U16的反向輸入端與模擬地AGND之間接電阻R63，U16的輸出信號接在R66的一端，R66的另一端為信號整合電路的輸出信號ADIN，ADIN連到穩(wěn)壓二極管D9的負極，D9正極接AGND，U16的引腳7接到電源+15V，U16的引腳4接到電源-15V。進一步的，電解加工火花檢測裝置的模數(shù)轉換電路2采用電感電容方式的數(shù)字濾波器提取信號中的噪聲Hiout，即信號突變，其微分方程為y (n) =fs/fc X (χ (η) -χ (η_1))，式中y(n)為濾波器輸出，χ (η)為當前輸入，x(n-l)為上一次輸入值，fc為截止頻率，fs為采
樣頻率。進一步的，電解加工火花檢測裝置的模數(shù)轉換電路2為電阻電容式數(shù)字濾波器，y (η) =x (n) -fj f s X Σ y (n_l),其中，y (n)為濾波器輸出，χ (η)為當前輸入,f。為截止頻率，fs為采樣頻率，Σ y(n-l)為O到n-Ι項輸出值之和。進一步的，電解加工火花檢測裝置的故障判斷電路3通過TMS320F28333OTSP的32位CPU定時器HMERO實現(xiàn)故障判斷:設輸入信號取平均值Val，則自適應參量K=x%X Val (χ%取值范圍5%_10%)，同時用電感電容式數(shù)字濾波器提取信號噪聲Hiout，比較Hiout和Val，用計數(shù)器計算比較的結果，得到單位時間內(nèi)噪聲功率密度，判斷是否發(fā)生故障。進一步的，電解加工火花檢測裝置的故障判斷電路3核心芯片TMS320F28335可用其他浮點型或定點型DSP實現(xiàn)；核心芯片DSP可用單片機實現(xiàn)。

圖1為電解加工火花檢測裝置結構示意圖；圖2為信號整合電路1、I’電路圖；圖3為模數(shù)轉換電路2電路圖；圖4-1和圖4-2為故障判斷電路3電路圖；圖5為故障輸出電路4、4’電路圖；圖6為故障判斷電路3的判斷流程示意圖；圖7為信號整合電路1、1’為比例放大電路的電路圖。
具體實施方式
為了充分理解本實用新型的內(nèi)容，下面結合具體實施例對本實用新型的技術方案做進一步的介紹和說明，但不局限于此。本火花檢測裝置由兩個信號整合電路、一個模數(shù)轉換電路、一個故障判斷電路、兩個故障輸出電路構成。數(shù)模轉換電路有兩個信號輸入端ADIN和ADIN’，分別與信號整合電路I和I’的輸出端相連接，模數(shù)轉換電路輸出16位數(shù)字量編碼信號DO D16，作為故障判斷電路的輸入信號，通過判斷與電壓和電流變化相應的數(shù)字編碼信號的變化，判斷是否發(fā)生火花故障信號以及發(fā)生故障信號時間的長短。如無火花故障發(fā)生，D01、D02為低電平，有故障發(fā)生但不超過設定時間DOl高電平D02低電平，有故障發(fā)生并超過設定時間DOl高電平D02高電平。信號整合電路I 包括運放 U16 (0P27GS)、電阻 R62、R63、R65、R66、R67、R68、穩(wěn)壓二極管D9，電容C59、C60:輸入信號⑶RRENT_IN通過R67接到運放U16的同相輸入端，U16的同相輸入端通過R68與模擬地AGND相連，R62跨接在U16的反向輸入端和U16的輸出端之間，U16的反向輸入端與模擬地AGND之間接電阻R63，R65作為電路輸入匹配阻抗跨接在⑶RRENT_IN和AGND之間，U16的輸出信號接在R66的一端，R66的另一端為信號整合電路的輸出信號ADIN，ADIN連到穩(wěn)壓二極管D9的負極，D9正極接AGND，U16的引腳7接到電源+15V，引腳7與AGND間跨接濾波電容C59，U16的引腳4接到電源-15V，引腳4與AGND間跨接濾波電容C60。信號整合電路I’與信號整合電路I線路相同功能相同，用于整合信號 V0LTAGE_IN,包括 U16’、電阻 R62’、R63’、R65’、R66’、R67’、R68’、穩(wěn)壓二極管 D9’。模數(shù)轉換電路具有兩個信號輸入端ADIN和ADIN’，包括AD轉換芯片U17 (AD7656)、電解電容 C63、C64、C65、C66、C71、C72，無極性電容 C67、C68、C69、C70、C73、C74，電路的輸入信號ADIN和ADIN’分別接到U17的引腳33、36，U17的引腳34、35、40、41、46、47、50、60接到電源+5VA，引腳31接到電源+15V，31腳和AGND間跨接濾波電容C71和C73，引腳30接到電源-15V，引腳30和AGND間跨接濾波電容C72和C74，引腳53、52、49、44、43、38、37、32 接到 AGND，引腳 24、9 接到電源 VDD103V3,引腳 29、27、61、8、25、接到數(shù)字地DGND，引腳26接到電源+5VD，基準電壓輸入引腳51接到電源+2.5VA, 51腳和AGND間跨接濾波電容C63和C67，引腳54、56、58分別接基準去耦電容C64C68、C65C69、C66C70，引腳17、16、15、14、13、12、11、10、7、6、5、4、3、2、1、64作為電路輸出的16位數(shù)字編碼接到故障判斷電路，引腳21、22、23、19、20、63、18、28、62作為AD芯片控制信號與故障判斷電路的核心
芯片相連。故障判斷電路包括U29 (TMS320F28335)，模數(shù)轉換電路的輸出DO D15接到U29的引腳 136、135、134、133、132、131、130、129、128、127、124、123、122、119、116、115， U17 的控制信號接到U29的引腳111、148、75、110、137、149、150。U29通過接收到的信號判斷是否產(chǎn)生火花故障即產(chǎn)生故障的時間，從而輸出故障判斷信號D01、D02給故障輸出電路。故障的判斷通過TMS320F28333OTSP的32位CPU定時器HMERO中斷實現(xiàn)，中斷響應中實現(xiàn)的功能包括:對輸入信號取平均值Val，用于計算自適應參量K，同時用電感電容式數(shù)字濾波器提取信號噪聲Hiout，比較Hiout和Val，用計數(shù)器計算比較的結果，得到單位時間內(nèi)噪聲功率密度，判斷是否發(fā)生故障。故障輸出電路I包括光耦U8 (EL817)，電阻R19、R18、R20、R17，三極管Ql (MMBT2907A)，繼電器Kl，發(fā)光二極管LED13，二極管D4(1N4148)，壓敏電阻YMl:U8的引腳I通過R19接到電源VDD103V3，故障判斷電路的輸出信號DOl接到U8的引腳2，信號經(jīng)過光耦隔離通過U8的4腳輸出，接到R18的一端，R18另一端接到Ql的B腳，R17跨接在Ql的B腳和E腳之間，Ql的E腳接到電源VD05V, Kl的線圈、D4、R20串上LED13三條線路并聯(lián)接在Ql的C腳和VDOOV之間，繼電器的輸出常開節(jié)點作為電路的輸出信號，壓敏電阻YMl并聯(lián)在輸出兩端。無火花故障時LED13不亮，繼電器Kl不動作即輸出開點；檢測到火花故障時LED13亮，繼電器Kl動作輸出節(jié)點閉合。故障輸出電路2與故障輸出電路I線路相同功能相同，包括光耦 U9(EL817)，電阻 R19’、R18’、R20，、R17’，三極管 Ql’ (MMBT2907A),繼電器Kl’，發(fā)光二極管LED13’，二極管D4’(1Ν4148)，壓敏電阻ΥΜ1’。無火花故障或火花故障時間不超過設定時間時LED13’不亮，繼電器Κ1’不動作；當檢測到的火花故障超過設定時間時，LED13’亮，繼電器Κ1’動作輸出閉點。
權利要求1.一種電解加工火花檢測裝置，其特征在于，由第一信號整合電路(1)、第二信號整合電路(1’)，模數(shù)轉換電路(2)、故障判斷電路(3)以及第一故障輸出電路(4)、第二故障輸出電路(4’)構成；模數(shù)轉換電路(2)有第一信號輸入端(ADIN)和第二信號輸入端(ADIN’ ),分別與第一信號整合電路(1)的第一信號輸出端和第二信號整合電路(1’ )的第二信號輸出端連接；模數(shù)轉換電路(2)輸出端與故障判斷電路(3)輸入端連接；故障判斷電路(3)輸出端分別與與第一故障輸出電路(4)、第二故障輸出電路(4’ )輸入端連接。
2.如權利要求1的一種電解加工火花檢測裝置，其特征在于，電解加工火花檢測裝置的第一信號整合電路(1)包括第一運放U16、第一電阻R62、第二電阻R63、第三電阻R65、第四電阻R66、第五電阻R67、第六電阻R68、第一穩(wěn)壓二極管D9，第一電容C59、第二電容C60:輸入信號⑶RRENT_IN通過第五電阻R67接到第一運放U16的同相輸入端,第一運放U16的同相輸入端通過第六電阻R68與模擬地AGND相連，第一電阻R62跨接在第一運放U16的反向輸入端和第一運放U16的輸出端之間,第一運放U16的反向輸入端與模擬地AGND之間接第二電阻R63，第三電阻R65作為電路輸入匹配阻抗跨接在輸入信號⑶RRENT_IN和模擬地AGND之間,第一運放U16的輸出信號接在第四電阻R66的一端,第四電阻R66的另一端接數(shù)模轉換電路(2)的第一信號輸入端(ADIN),并且連到第一穩(wěn)壓二極管D9的負極,第一穩(wěn)壓二極管D9正極接模擬地AGND，第一運放U16的引腳7接到電源+15V，引腳7與模擬地AGND間跨接濾波第一電容C59，第一運放U16的引腳4接到電源-15V，引腳4與模擬地AGND間跨接濾波第二電容C60，第二信號整合電路(1')與第一信號整合電路(1)線路相同，包括第二運放U16’、第七電阻R62’、第八電阻R63’、第九電阻R65’、第十電阻R66’、第i^一電阻R67’、第十二電阻R68’、第二穩(wěn)壓二極管D9’。
3.如權利要求1的一種電解加工火花檢測裝置，其特征在于，電解加工火花檢測裝置的模數(shù)轉換電路(2)包括AD轉換芯片U17、第一電解電容C63、第二電解電容C64、第三電解電容C65、第四電解電容C66、第五電解電容C71、第六電解電容C72，第一無極性電容C67、第二無極性電容C68、第三無極性電容C69、第四無極性電容C70、第五無極性電容C73、第六無極性電容C74，電路的第一信號輸入端(ADIN)和第二信號輸入端(ADIN’ )分別接到AD轉換芯片U17的引腳33,36, AD轉換芯片U17的引腳34、35、40、41、46、47、50、60接到電源+5VA,引腳31接到電源+15V，31腳和模擬地AGND間跨接濾波第五電解電容C71和第五無極性電容C73，引腳30接到電源-15V，引腳30和模擬地AGND間跨接濾波第六電解電容C72和第六無極性電容C74，引腳53、52、49、44、43、38、37、32接到模擬地AGND，引腳24、9接到電源VDD103V3，引腳29、27、61、8、25、接到數(shù)字地DGND，引腳26接到電源+5VD，基準電壓輸入引腳51接到電源+2.5VA，51腳和模擬地AGND間跨接濾波第一電解電容C63和第一無極性電容C67，引腳54、56、58分別接第一基準去耦電容C64C68、第二基準去耦電容C65C69、第三基準去耦電容 C66C70，引腳 17、16、15、14、13、12、11、10、7、6、5、4、3、2、1、64 作為電路輸出的16位數(shù)字編碼接到故障判斷電路，引腳21、22、23、19、20、63、18、28、62作為八0芯片控制信號與故障判斷電路的核心芯片相連。
4.如權利要求1的一種電解加工火花檢測裝置，其特征在于，電解加工火花檢測裝置的故障判斷電路(3)包括數(shù)字信號處理器U29，模數(shù)轉換電路的輸出DO D15接到數(shù)字信號處理器 U29 的引腳 136、135、134、133、132、131、130、129、128、127、124、123、122、119、.116,115, AD轉換芯片U17的控制信號接到數(shù)字信號處理器U29的引腳111、148、75、110、.137、149、150。
5.如權利要求1的一種電解加工火花檢測裝置，其特征在于，電解加工火花檢測裝置的第一故障輸出電路(4)包括第一光耦U8，第十三電阻R19、第十四電阻R18、第十五電阻R20、第十六電阻R17，第一三極管Q1，第一繼電器K1，第一發(fā)光二極管LED13，第一二極管D4，第一壓敏電阻YMl:光耦U8的引腳I通過第十三電阻R19接到電源VDD103V3，故障判斷電路的輸出信號DOl接到光耦U8的引腳2，信號經(jīng)過光耦隔離通過第一光耦U8的4腳輸出，接到第十四電阻R18的一端，第十四電阻R18另一端接到第一三極管Ql的B腳，第十六電阻R17跨接在第一三極管Ql的B腳和E腳之間，第一三極管Ql的E腳接到電源VD05V，第一繼電器Kl的線圈、第一二極管D4、第十五電阻R20串上第一發(fā)光二極管LED13三條線路并聯(lián)接在第一三極管Ql的C腳和電源VDOOV之間，繼電器的輸出常開節(jié)點作為電路的輸出信號，第一壓敏電阻YMl并聯(lián)在輸出兩端，第二故障輸出電路(4’ )與第一故障輸出電路(4)線路相同，包括第二光耦U9，第十七電阻R19’、第十八電阻R18’、第十九電阻R20’、第二十電阻R17’，第二三極管Q1’，第二繼電器K1’，第二發(fā)光二極管LED13’，第二二極管D4’，第二壓敏電阻YM1’。
6.如權利要求2的一種電解加工火花檢測裝置，其特征在于，電解加工火花檢測裝置的第一信號整合電路(I)、第二信號整合電路(Γ )為比例放大電路，比例放大電路包括運放U16、第一電阻R62、第二電阻R63、第三電阻R66、第四電阻R67，第一穩(wěn)壓二極管D9，輸入信號⑶RRENT_IN通過第四電阻R67接到第一運放U16的同相輸入端，第一電阻R62跨接在第一運放U16的反向輸入端和第一運放U16的輸出端之間,第一運放U16的反向輸入端與模擬地AGND之間接第二電阻R63,第一運放U16的輸出信號接在第三電阻R66的一端,第三電阻R66的另一端為第一信號整合電路的輸出信號(ADIN), (ADIN)連到第一穩(wěn)壓二極管D9的負極，第一穩(wěn)壓二極管D9正極接模擬地AGND，第一運放U16的引腳7接到電源+15V，第一運放U16的引腳4接到電源-15V。
7.如權利要求3的一種電解加工火花檢測裝置，其特征在于，電解加工火花檢測裝置的模數(shù)轉換電路(2)采用電感電容方式的數(shù)字濾波器提取信號中的噪聲Hiout，即信號突變，其微分方程為I (n) =fs/fcX (χ (η) -χ (η_1))，式中y (η)為濾波器輸出，χ (η)為當前輸入，x(n-l)為上一次輸入值，fc為截止頻率，fs為采樣頻率。
8.如權利要求3的一種電解加工火花檢測裝置，其特征在于，電解加工火花檢測裝置的模數(shù)轉換電路⑵為電阻電容式數(shù)字濾波器，y(n)=x(n)-fc/fsX Σ y(n_l)，其中，y(n)為濾波器輸出，χ (η)為當前輸入，f。為截止頻率，fs為采樣頻率，Σ y(n-l)為O到n_l項輸出值之和。
9.如權利要求4的一種電解加工火花檢測裝置，其特征在于，電解加工火花檢測裝置的故障判斷電路(3)通過TMS320F28333OTSP的32位CPU定時器HMERO實現(xiàn)故障判斷。
10.如權利要求4的一種電解加工火花檢測裝置，其特征在于，電解加工火花檢測裝置的故障判斷電路 (3)核心芯片TMS320F28335可用其他浮點型或定點型DSP實現(xiàn)；核心芯片DSP可用單片機實現(xiàn)。
專利摘要本實用新型公開了一種電解加工火花檢測裝置，包括信號整合電路、模數(shù)轉換電路、故障判斷電路和故障輸出電路四部分。其中，信號整合電路用于實現(xiàn)輸入信號的放大；模數(shù)轉換電路用于將模擬信號轉換成數(shù)字信號；故障判斷電路通過DSP軟件編程采用數(shù)字濾波器提取信號中的噪聲，得到單位時間內(nèi)的噪聲功率密度，判斷是否發(fā)生火花故障并根據(jù)工作時鐘計算發(fā)生火花故障的時間；故障輸出電路將檢測結果轉換為繼電器輸出的無緣節(jié)點，以保證直流電解電源控制回路通過故障信號及時地保護電源和工件。
文檔編號G01R31/00GK203012050SQ20122066779
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月6日 優(yōu)先權日2012年12月6日
發(fā)明者朱晶, 王留菊, 鄭炳鑫, 宋小偉, 賈亞沛, 徐錚, 林海燕 申請人:北京京儀椿樹整流器有限責任公司