CN109967809B - 一种电火花线切割电极丝张力检测及lcd图像显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电火花线切割电极丝张力检测及LCD图像显示装置，它包括直流电源、控制模块、AD模块、应变式压力传感器、SD卡模块和LCD显示屏，直流电源与控制模块相连；控制模块、AD模块和应变式压力传感器依次相连形成一个采样电路；应变式压力传感器用于检测电极丝张力大小的模拟量，通过AD模块转换为数字量；控制模块用于接收数字量后计算出数字量与实际张力值的关系并进行校正，并以此为依据通过内部算法程序的处理，在LCD显示屏上实时显示张力随时间变化的图像和数值大小(包括实时张力和前n秒的张力平均值)；SD卡模块用于定时保存张力值。该装置能够实时检测电极丝张力大小并通过图像的形式将变化趋势呈现出来。
Description
技术领域
本发明涉及电火花线切割加工技术领域，尤其是一种电火花线切割电极丝张力检测及LCD图像显示装置。
背景技术
电火花线切割技术的基本工作原理是利用连续移动的细金属丝(称为电极丝)作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。其特点如下：
(1)加工中不存在显著的机械切削力，无论工件硬度和刚度如何，只要是导电或半导电的材料都能进行加工，但无法加工非金属导电材料。
(2)可以加工小孔和复杂形状零件，但无法加工盲孔。
(3)电极丝损耗小，加工精度高。
(4)加工时产生的切缝窄，金属蚀除量少，有利于材料的再利用。
为了提高电火花线切割电极丝运动的平稳性,通常需要对其施加张紧力。张紧力的大小和张紧方式对加工质量、效率和断丝都有重要影响。
为了提高加工质量和效率，工件与电极丝在加工过程中需要保持恒定的张力。传统的电火花线切割机床是没有张力检测装置的，其电极丝的张力在加工过程中是处于不断变化的状态，因此所加工工件的表面质量和加工效率将会受到影响。
为了有效避免断丝，对电极丝的张力大小必须进行实时监测以做出相应措施来避免断丝现象。
针对以上问题，需要一种装置对电极丝的张力进行实时检测，同时能够对检测到的张力进行相关处理通过图像直观的表示出来，有利于后续对运丝过程中电极丝的张力进行控制，使其能够以恒定的张力处在稳定平衡的张紧状态，改善加工质量，降低断丝概率，提高加工效率以及电极丝的使用寿命。
发明内容
为解决一般传统线切割机床无法实现检测电极丝张力的缺陷，本发明提供一种应用于电火花线切割加工的基于STM32的电火花线切割电极丝张力检测及LCD图像显示装置，采用该装置可以实现对电极丝的张力大小进行实时检测并通过图像的形式将变化趋势呈现出来，从而对了解加工情况和及时做出调整是十分有利的，为后续提高加工稳定性提供依据。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种电火花线切割电极丝张力检测及LCD图像显示装置，它包括直流电源、控制模块、AD模块和应变式压力传感器，直流电源与控制模块相连；控制模块、AD模块和应变式压力传感器依次相连形成一个采样电路；应变式压力传感器用于检测运丝过程中电极丝张力大小的模拟量，并将模拟量传递给AD模块；AD模块用于接收电极丝张力大小的模拟量后将模拟量转换为数字量，并将数字量传递给控制模块进行处理；控制模块用于接收数字量后计算出数字量与实际张力值的关系并进行校正。
进一步地，它还包括LCD显示屏，控制模块将校正后的张力值通过内部算法程序的处理，在LCD显示屏上实时显示张力随时间变化的图像和数值大小包括实时张力和前n秒的张力平均值。该控制模块内编程通过图像的形式在LCD显示屏上实时显示张力值的处理形式使张力的变化趋势更加直观明了。
进一步地，它还包括SD卡模块，SD卡模块用于定时储存所检测到的张力值，以用于进一步数据分析和处理。
进一步地，控制模块为ARM控制器，通过其内部编程完成电极丝张力AD值的采样、张力的计算以及控制实时图像显示。
进一步地，控制模块内部编程的前n秒张力平均值算法采用近似求解。例如：求每一时刻前100s张力平均值，则第101s平均值＝第100s平均值×99％+第101s张力值×1％，该算法使用变量少，占用的程序空间较小，尤其适用于长时间的程序运算。
进一步地，前n秒张力平均值根据下式求得：
进一步地，应变式压力传感器上固定有电极丝导轮，电极丝导轮上绕有电火花线切割电极丝，应变式压力传感器的上下两面贴有电阻应变片，电火花线切割电极丝上的张力F通过电极丝导轮作用在应变式压力传感器的受力端，应变式压力传感器受力产生变形，其上面的电阻应变片受力拉伸，其下面的电阻应变片受力压缩，转化成电阻变化，通过测量电路转化成相应电压变化，通过AD模块将模拟量转化成数字量,再通过换算即可得到所测张力的大小。
进一步地，控制模块包括电源开关、具有掉电保护功能的纽扣电池、外扩引脚、ARM主芯片、第一LCD显示屏接线引脚和手动校正按钮，电源开关与直流电源连接，为控制模块供电，外扩引脚与AD模块连接，将AD模块转化的数字量传送给ARM主芯片，通过内部算法程序换算成电火花线切割电极丝实际张力大小，并以图像的形式在LCD显示屏上显示出来，第一LCD显示屏接线引脚与LCD显示屏上对应引脚连接以显示图像，手动校正按钮通过按下进行校正。
进一步地，LCD显示屏包括第二LCD显示屏接线引脚、直角坐标系、实时张力值数值和变化图像、当前点前10s张力平均值数值和变化图像、当前点前100s张力平均值数值和变化图像，LCD显示屏通过第二LCD显示屏接线引脚与控制模块连接以动态显示图像，直角坐标系的X轴为时间变化轴，直角坐标系的Y轴为张力变化轴，动态显示实时张力值数值和变化图像、当前点前10s张力平均值数值和变化图像以及当前点前100s张力平均值数值和变化图像，每当一屏图像显示完之后覆盖前一屏的内容继续显示当前图像。
有益效果：
1.本发明基于电极丝张力检测技术，克服了传统电火花线切割机床无法检测电极丝张力的困难。
2.本发明采用电极丝张力多周期LCD图像显示方法，输出图形稳定，响应灵敏以及检测周期可调，可以检测前n秒张力平均值并通过LCD显示屏实时显示。
3.本发明采用的电极丝张力检测方法，可以直接应用于传统电火花线切割机床，并用于切割加工而不影响机床本身的伺服控制***，能实现对电极丝的张力进行实时监测。
4.本发明的SD卡模块可以定时储存所检测到的电极丝张力值并以文件形式导出以用于进一步的分析处理。
5.本发明适用范围广，不仅适用于电火花线切割机床，对于其他需要用到张力检测的设备仍然适用。
附图说明
图1是本发明电火花线切割电极丝张力检测及LCD图像显示装置的结构框图；
图2是本发明电火花线切割电极丝张力检测及LCD图像显示装置的结构示意图；
图3是本发明电火花线切割电极丝张力检测及LCD图像显示装置的检测示意图；
图4是本发明电火花线切割电极丝张力检测及LCD图像显示装置的控制模块示意图；
图5是本发明电火花线切割电极丝张力检测及LCD图像显示装置的LCD显示屏示意图；
图中：1-直流电源、2-控制模块、21-电源开关、22-纽扣电池、23-外扩引脚、24-ARM主芯片、25-第一LCD显示屏接线引脚、26-手动校正按钮、3-AD模块、4-应变式压力传感器、5-SD卡模块、6-LCD显示屏、61-第二LCD显示屏接线引脚、62-直角坐标系、63-实时张力值数值和变化图像、64-当前点前10s张力平均值数值和变化图像、65-当前点前100s张力平均值数值和变化图像、7-电极丝导轮、8-电火花线切割电极丝、9-电阻应变片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明提出一种电火花线切割电极丝张力检测及LCD图像显示装置，如图1和图2所示，它包括直流电源1、控制模块2、AD模块3、应变式压力传感器4、SD卡模块5和LCD显示屏6，直流电源1与控制模块2相连；控制模块2、AD模块3和应变式压力传感器4依次相连形成一个采样电路；应变式压力传感器4用于检测运丝过程中电极丝张力大小的模拟量，并将模拟量传递给AD模块3；AD模块3用于接收电极丝张力大小的模拟量后将模拟量转换为数字量，并将数字量传递给控制模块2进行处理；控制模块2用于接收数字量后计算出数字量与实际张力值的关系并进行校正，并以此为依据通过内部算法程序的处理，在LCD显示屏6上实时显示张力随时间变化的图像和数值大小(包括实时张力和前n秒的张力平均值)；SD卡模块5用于定时储存所检测到的张力值。
在上述技术方案中，以压力信号为采样信号，通过控制模块2、AD模块3和应变式压力传感器4依次相连形成的采样电路在采样周期内对压力进行采集计算获得压力模拟量的大小，其中压力模拟量的大小指的是压力变化导致应变式压力传感器4的电阻应变片9阻值的变化对应的数值，每一个模拟量对应一个压力值；采用控制模块2对压力值进行存储和计算，在LCD显示屏6上动态显示三周期的张力值以及变化图像：(1)实时张力值数值和变化图像；(2)当前点前10s张力平均值数值和变化图像；(3)当前点前100s张力平均值数值和变化图像。
其中，前n秒张力平均值可以根据下式求得：
如图3所示，应变式压力传感器4上固定有电极丝导轮7，电极丝导轮7上绕有电火花线切割电极丝8，应变式压力传感器4的上下两面贴有电阻应变片9，电火花线切割电极丝8上的张力F通过电极丝导轮7作用在所述应变式压力传感器4的受力端，应变式压力传感器4受力产生变形，其上面的电阻应变片9受力拉伸，其下面的电阻应变片9受力压缩，转化成电阻变化，通过测量电路转化成相应电压变化，通过所述AD模块3将模拟量转化成数字量,再通过换算即可得到所测张力的大小。
如图4所示，控制模块2包括电源开关21、纽扣电池22、外扩引脚23、ARM主芯片24、第一LCD显示屏接线引脚25和手动校正按钮26，电源开关21与直流电源1连接给控制模块2供电，纽扣电池22具有掉电保护功能，在直流电源1断开时仍保留数据，外扩引脚23与AD模块3连接，将AD模块3转化的数字量传送给ARM主芯片24，通过内部算法程序换算成电极丝实际张力大小，并以图像的形式在LCD显示屏6上显示出来，第一LCD显示屏接线引脚25与LCD显示屏6上对应引脚连接以显示图像，手动校正按钮26按下将会进行校正，会去除电极丝导轮7的重力，保证所获得的张力是电火花线切割电极丝8的实际张力大小。
如图5所示，LCD显示屏6包括第二LCD显示屏接线引脚61、直角坐标系62、实时张力值数值和变化图像63、当前点前10s张力平均值数值和变化图像64以及当前点前100s张力平均值数值和变化图像65，LCD显示屏6通过第二LCD显示屏接线引脚61与控制模块2连接以动态显示图像，直角坐标系X轴为时间变化轴，单位秒，量程为20秒，依次递增，Y轴为张力变化轴，单位牛顿，量程为14牛顿，动态显示实时张力值数值和变化图像63、当前点前10s张力平均值数值和变化图像64以及当前点前100s张力平均值数值和变化图像65，每当一屏图像显示完之后会覆盖前一屏的内容继续显示当前图像，SD卡模块5可定时保存所检测到的张力值以用于数据分析和处理。
实例：
使用传统的电火花线切割机床，加工过程没有电极丝张力检测功能，所以对加工质量、效率影响较大，无法避免断丝。采用本发明可以实时检测电极丝张力，在LCD显示屏6上实时动态显示三条曲线和三个张力值，分别对应实时张力值、前10s张力平均值、前100s张力平均值，X轴为时间，量程140s，Y轴为张力，量程14N，最小精度0.05N。
于是对电极丝的张力起到了实时监测作用，通过LCD显示的图像可以直观地了解张力变化情况，通过对检测到的张力大小可以进一步控制其大小变化从而提高加工质量、效率以及避免断丝，这将是我们后续研究的问题。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (7)
1.一种电火花线切割电极丝张力检测及LCD图像显示装置，其特征在于：它包括直流电源(1)、控制模块(2)、AD模块(3)和应变式压力传感器(4)，所述直流电源(1)与所述控制模块(2)相连；所述控制模块(2)、所述AD模块(3)和所述应变式压力传感器(4)依次相连形成一个采样电路；所述应变式压力传感器(4)用于检测运丝过程中电极丝张力大小的模拟量，并将模拟量传递给所述AD模块(3)；所述AD模块(3)用于接收电极丝张力大小的模拟量后将模拟量转换为数字量，并将数字量传递给所述控制模块(2)进行处理；所述控制模块(2)用于接收数字量后计算出数字量与实际张力值的关系并进行校正；所述装置还包括LCD显示屏(6)，所述控制模块(2)将校正后的张力值通过内部算法程序的处理，在LCD显示屏(6)上实时显示张力随时间变化的图像和数值大小包括实时张力和前n秒的张力平均值。
2.根据权利要求1所述的电火花线切割电极丝张力检测及LCD图像显示装置，其特征在于：它还包括SD卡模块(5)，SD卡模块(5)用于定时储存所检测到的张力值。
3.根据权利要求1所述的电火花线切割电极丝张力检测及LCD图像显示装置，其特征在于：所述控制模块(2)为ARM控制器，通过其内部编程完成电极丝张力AD值的采样、张力的计算以及控制实时图像显示。
4.根据权利要求1所述的电火花线切割电极丝张力检测及LCD图像显示装置，其特征在于：所述控制模块(2)内部编程的前n秒张力平均值算法采用近似求解。
5.根据权利要求1所述的电火花线切割电极丝张力检测及LCD图像显示装置，其特征在于：所述应变式压力传感器(4)上固定有电极丝导轮(7)，电极丝导轮(7)上绕有电火花线切割电极丝(8)，所述应变式压力传感器(4)的上下两面贴有电阻应变片(9)，电火花线切割电极丝(8)上的张力F通过电极丝导轮(7)作用在所述应变式压力传感器(4)的受力端，所述应变式压力传感器(4)受力产生变形，其上面的电阻应变片(9)受力拉伸，其下面的电阻应变片(9)受力压缩，转化成电阻变化，通过测量电路转化成相应电压变化，通过所述AD模块(3)将模拟量转化成数字量,再通过换算即可得到所测张力的大小。
6.根据权利要求1所述的电火花线切割电极丝张力检测及LCD图像显示装置，其特征在于：所述控制模块(2)包括电源开关(21)、具有掉电保护功能的纽扣电池(22)、外扩引脚(23)、ARM主芯片(24)、第一LCD显示屏接线引脚(25)和手动校正按钮(26)，电源开关(21)与所述直流电源(1)连接，为所述控制模块(2)供电，外扩引脚(23)与所述AD模块(3)连接，将所述AD模块(3)转化的数字量传送给ARM主芯片(24)，通过内部算法程序换算成电火花线切割电极丝(8)实际张力大小，并以图像的形式在LCD显示屏(6)上显示出来，第一LCD显示屏接线引脚(25)与LCD显示屏(6)上对应引脚连接以显示图像，手动校正按钮(26)通过按下进行校正。
7.根据权利要求1所述的电火花线切割电极丝张力检测及LCD图像显示装置，其特征在于：所述LCD显示屏(6)包括第二LCD显示屏接线引脚(61)、直角坐标系(62)、实时张力值数值和变化图像(63)、当前点前10s张力平均值数值和变化图像(64)以及当前点前100s张力平均值数值和变化图像(65)，所述LCD显示屏(6)通过第二LCD显示屏接线引脚(61)与所述控制模块(2)连接以动态显示图像，直角坐标系(62)的X轴为时间变化轴，直角坐标系(62)的Y轴为张力变化轴，动态显示实时张力值数值和变化图像(63)、当前点前10s张力平均值数值和变化图像(64)以及当前点前100s张力平均值数值和变化图像(65)，每当一屏图像显示完之后覆盖前一屏的内容继续显示当前图像。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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