专利名称：电解加工火花检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种火花检测装置，特别是一种电解加工工艺中引发的火花检测装置。
背景技术：
在电解加工时，由于电解液中含有杂质等原因，常会造成加工间隙局部短路，这种短路往往是瞬时的，在消除这种瞬时局部短路时，会有火花出现。若火花过大或出现过频繁，则需停止电解加工工作，以防阴极烧坏。火花检测装置是专门测量火花信号的装置，当火花超出电解加工工作阈值时，该装置即发出信号，切断电源。高嵩等人设计了用于高频脉冲电解电源的火花检测装置。该装置由霍尔传感器直接检测MOSFET漏极的电流，经高速光耦进入比较器与事先设定值比较，如大于设定值则计数器开始计数，同时555定时器开始定时。定时时间到计数器还没计满，表明只是偶然出现的火花，保护电路不动作；如在定时器时间内计数器计满，则表明发生了连续性火花，保护电路动作。然而，现有技术利用霍尔传感器采集的脉冲电源电流信号的幅值突变来检测火花故障，由于脉冲电源输出电压的特殊性，该装置不能采集电压信号进行故障检测。本发明公开了一种电解加工火花检测装置，对于直流电解电源来说，该装置可以随意选取电压或电流信号进行检测，提高了应用的灵活性。

发明内容

—种电解加工火花检测装置，由信号整合电路1、1’，模数转换电路2、故障判断电路3以及故障输出电路4、4’构成；模数转换电路2有两个信号输入端ADIN和ADIN’，分别与信号整合电路I和I’的输出端连接；模数转换电路2输出端与故障判断电路3输入端连接；故障判断电路3输出端分别与与故障输出电路4、4’输入端连接。进一步的，电解加工火花检测装置的信号整合电路I包括运放U16(0P27GS)、电阻R62、R63、R65、R66、R67、R68、稳压二极管 D9，电容 C59、C60:输入信号 CURRENT_IN 通过 R67接到运放U16的同相输入端，U16的同相输入端通过R68与模拟地AGND相连，R62跨接在U16的反向输入端和U16的输出端之间，U16的反向输入端与模拟地AGND之间接电阻R63，R65作为电路输入匹配阻抗跨接在⑶RRENT_IN和AGND之间，U16的输出信号接在R66的一端，R66的另一端为信号整合电路的输出信号ADIN，ADIN连到稳压二极管D9的负极，D9正极接AGND，U16的引脚7接到电源+15V，引脚7与AGND间跨接滤波电容C59，U16的引脚4接到电源-15V，引脚4与AGND间跨接滤波电容C60。信号整合电路I’与信号整合电路I线路相同，包括 U16’、电阻 R62’、R63’、R65’、R66’、R67’、R68’、稳压二极管 D9’。进一步的，电解加工火花检测装置的模数转换电路2具有两个信号输入端ADIN和ADIN，，包括AD转换芯片U17 (AD7656)、电解电容C63、C64、C65、C66、C71、C72，无极性电容C67、C68、C69、C70、C73、C74，电路的输入信号ADIN和ADIN，分别接到U17的引脚33、36，U17的引脚34、35、40、41、46、47、50、60接到电源+5VA，引脚31接到电源+15V，31脚和AGND间跨接滤波电容C71和C73，引脚30接到电源-15V，引脚30和AGND间跨接滤波电容C72 和 C74,引脚 53、52、49、44、43、38、37、32 接到 AGND,引脚 24、9 接到电源 VDD103V3,引脚29、27、61、8、25、接到数字地DGND，引脚26接到电源+5VD，基准电压输入引脚51接到电源+2.5VA，51脚和AGND间跨接滤波电容C63和C67，引脚54、56、58分别接基准去耦电容C64C68、C65C69、C66C70,引脚 17、16、15、14、13、12、11、10、7、6、5、4、3、2、1、64 作为电路输出的16位数字编码接到故障判断电路，引脚21、22、23、19、20、63、18、28、62作为八0芯片控制信号与故障判断电路的核心芯片相连。进一步的，电解加工火花检测装置的故障判断电路3包括U29(TMS320F28335)，模数转换电路的输出 DO^D15 接到 U29 的引脚 136、135、134、133、132、131、130、129、128、127、124、123、122、119、116、115，U17 的控制信号接到 U29 的引脚 111、148、75、110、137、149、150。进一步的，电解加工火花检测装置的故障输出电路4包括光耦U8(EL817)，电阻 R19、R18、R20、R17，三极管 Ql (MMBT2907A)，继电器 Kl，发光二极管 LED13，二极管D4(1N4148)，压敏电阻YMl:U8的引脚I通过R19接到电源VDD103V3，故障判断电路的输出信号DOl接到U8的引脚2，信号经过光耦隔离通过U8的4脚输出，接到R18的一端，R18另一端接到Ql的B脚，R17跨接在Ql的B脚 和E脚之间，Ql的E脚接到电源VD05V, Kl的线圈、D4、R20串上LED13三条线路并联接在Ql的C脚和VDOOV之间，继电器的输出常开节点作为电路的输出信号，压敏电阻YMl并联在输出两端。故障输出电路4’与故障输出电路4线路相同，包括光耦 U9(EL817)，电阻 R19’、R18’、R20，、R17’，三极管 Ql’(MMBT2907A)，继电器K1’，发光二极管LED13’，二极管D4’ (1N4148)，压敏电阻YMl'。进一步的，电解加工火花检测装置的信号整合电路1、1’为比例放大电路，比例放大电路包括运放U16 (0P27GS)、R62、R63、R66、R67，稳压二极管D9，输入信号CURRENT_IN通过R67接到U16的同相输入端，R62跨接在U16的反向输入端和U16的输出端之间，U16的反向输入端与模拟地AGND之间接电阻R63，U16的输出信号接在R66的一端，R66的另一端为信号整合电路的输出信号ADIN，ADIN连到稳压二极管D9的负极，D9正极接AGND，U16的引脚7接到电源+15V，U16的引脚4接到电源-15V。进一步的，电解加工火花检测装置的模数转换电路2采用电感电容方式的数字滤波器提取信号中的噪声Hiout，即信号突变，其微分方程为y (n) =fs/fc X (χ (η) -χ (η_1))，式中y(n)为滤波器输出，χ (η)为当前输入，x(n-l)为上一次输入值，fc为截止频率，fs为采
样频率。进一步的，电解加工火花检测装置的模数转换电路2为电阻电容式数字滤波器，y (η) =x (n) -fj f s X Σ y (n_l),其中，y (n)为滤波器输出，χ (η)为当前输入,f。为截止频率，fs为采样频率，Σ y(n-l)为O到η-l项输出值之和。进一步的，电解加工火花检测装置的故障判断电路3通过TMS320F28333OTSP的32位CPU定时器HMERO实现故障判断:设输入信号取平均值Val，则自适应参量K=x%X Val (χ%取值范围5%_10%)，同时用电感电容式数字滤波器提取信号噪声Hiout，比较Hiout和Val，用计数器计算比较的结果，得到单位时间内噪声功率密度，判断是否发生故障。进一步的，电解加工火花检测装置的故障判断电路3核心芯片TMS320F28335可用其他浮点型或定点型DSP实现；核心芯片DSP可用单片机实现。


图1为电解加工火花检测装置结构示意图；图2为信号整合电路1、I’电路图；图3为模数转换电路2电路图；包括沿虚线切开的图3A和图3B ;图4为故障判断电路3电路图，包括图4-1和图4-2 ;其中，图4_1包括沿虚线切开的图4_1A和4_1B ；图5为故障输出电路4、4’电路图；图6为故障判断电路3的判断流程示意图；图7为信号整合电路1、1’为比例放大电路的电路图。
具体实施例方式为了充分理解本发明的内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步的介绍和说明，但不局限于此。本火花检测装置由两个信号整合电路、一个模数转换电路、一个故障判断电路、两个故障输出电路构成。数模转换电路有两个信号输入端ADIN和ADIN’，分别与信号整合电路I和I’的输出端相连接，模数转换电路输出16位数字量编码信号D(TD16，作为故障判断电路的输入信号，通过判断与电压和电流变化相应的数字编码信号的变化，判断是否发生火花故障信号以及发生故障信号时间的长短。如无火花故障发生，D01、D02为低电平，有故障发生但不超过设定时间DOl高电平D02低电平，有故障发生并超过设定时间DOl高电平D02高电平。信号整合电路I 包括运放 U16 (0P27GS)、电阻 R62、R63、R65、R66、R67、R68、稳压二极管D9，电容C59、C60:输入信号⑶RRENT_IN通过R67接到运放U16的同相输入端，U16的同相输入端通过R68与模拟地AGND相连，R62跨接在U16的反向输入端和U16的输出端之间，U16的反向输入端与模拟地AGND之间接电阻R63，R65作为电路输入匹配阻抗跨接在⑶RRENT_IN和AGND之间，U16的输出信号接在R66的一端，R66的另一端为信号整合电路的输出信号ADIN，ADIN连到稳压二极管D9的负极，D9正极接AGND，U16的引脚7接到电源+15V，引脚7与AGND间跨接滤波电容C59，U16的引脚4接到电源-15V，引脚4与AGND间跨接滤波电容C60。信号整合电路I’与信号整合电路I线路相同功能相同，用于整合信号 V0LTAGE_IN,包括 U16’、电阻 R62’、R63’、R65’、R66’、R67’、R68’、稳压二极管 D9’。模数转换电路具有两个信号输入端ADIN和ADIN’，包括AD转换芯片U17 (AD7656)、电解电容 C63、C64、C65、C66、C71、C72，无极性电容 C67、C68、C69、C70、C73、C74，电路的输入信号ADIN和ADIN’分别接到U17的引脚33、36，U17的引脚34、35、40、41、46、47、50、60接到电源+5VA，引脚31接到电源+15V，31脚和AGND间跨接滤波电容C71和C73，引脚30接到电源-15V，引脚30和AGND间跨接滤波电容C72和C74，引脚53、52、49、44、43、38、37、32 接到 AGND,引脚 24、9 接到电源 VDD103V3,引脚 29、27、61、8、25、接到数字地DGND，引脚26接到电源+5VD，基准电压输入引脚51接到电源+2.5VA，51脚和AGND间跨接滤波电容C63和C67，引脚54、56、58分别接基准去耦电容C64C68、C65C69、C66C70，引脚
17、16、15、14、13、12、11、10、7、6、5、4、3、2、1、64作为电路输出的16位数字编码接到故障判断电路，引脚21、22、23、19、20、63、18、28、62作为AD芯片控制信号与故障判断电路的核心
芯片相连。故障判断电路包括U29 (TMS320F28335)，模数转换电路的输出D0 D15接到U29的引脚 136、135、134、133、132、131、130、129、128、127、124、123、122、119、116、115，U17 的控制信号接到U29的引脚111、148、75、110、137、149、150。U29通过接收到的信号判断是否产生火花故障即产生故障的时间，从而输出故障判断信号D01、D02给故障输出电路。故障的判断通过TMS320F28333OTSP的32位CPU定时器HMERO中断实现，中断响应中实现的功能包括:对输入信号取平均值Val，用于计算自适应参量K，同时用电感电容式数字滤波器提取信号噪声Hiout，比较Hiout和Val，用计数器计算比较的结果，得到单位时间内噪声功率密度，判断是否发生故障。故障输出电路I包括光耦U8 (EL817)，电阻R19、R18、R20、R17，三极管Ql (MMBT2907A)，继电器Kl，发光二极管LED13，二极管D4(1N4148)，压敏电阻YMl:U8的引脚I通过R19接到电源VDD103V3，故障判断电路的输出信号DOl接到U8的引脚2，信号经过光耦隔离通过U8的4脚输出，接到R18的一端，R18另一端接到Ql的B脚，R17跨接在Ql的B脚和E脚之间，Ql的E脚接到电源VD05V, Kl的线圈、D4、R20串上LED13三条线路并联接在Ql的C脚和VDOOV之间，继电器的输出常开节点作为电路的输出信号，压敏电阻YMl并联在输出两端。无火花故障时LED13不亮，继电器Kl不动作即输出开点；检测到火花故障时LED13亮，继电器Kl动作输出节点闭合。故障输出电路2与故障输出电路I线路相同功能相同，包括光耦 U9(EL817)，电阻 R19’、R18’、R20，、R17’，三极管 Ql’ (MMBT2907A),继电器Kl’，发光二极管LED13’，二极管D4’(1Ν4148)，压敏电阻ΥΜ1’。无火花故障或火花故障时间不超过设定时间时LED13’不亮，继电器Κ1’不动作；当检测到的火花故障超过设定时间时，LED13’亮，继电器Κ1’动作输出闭点。
权利要求
1.一种电解加工火花检测装置，其特征在于，由信号整合电路1、1’，模数转换电路2、故障判断电路3以及故障输出电路4、4’构成；模数转换电路2有两个信号输入端ADIN和ADIN’，分别与信号整合电路I和I’的输出端连接；模数转换电路2输出端与故障判断电路3输入端连接；故障判断电路3输出端分别与与故障输出电路4、4’输入端连接。
2.如权利要求1的一种电解加工火花检测装置，其特征在于，电解加工火花检测装置的信号整合电路I包括运放U16 (0P27GS)、电阻R62、R63、R65、R66、R67、R68、稳压二极管D9，电容C59、C60:输入信号⑶RRENT_IN通过R67接到运放U16的同相输入端，U16的同相输入端通过R68与模拟地AGND相连，R62跨接在U16的反向输入端和U16的输出端之间，U16的反向输入端与模拟地AGND之间接电阻R63，R65作为电路输入匹配阻抗跨接在⑶RRENT_IN和AGND之间,U16的输出信号接在R66的一端,R66的另一端为信号整合电路的输出信号ADIN, ADIN连到稳压二极管D9的负极，D9正极接AGND，U16的引脚7接到电源+15V，引脚7与AGND间跨接滤波电容C59，U16的引脚4接到电源-15V，引脚4与AGND间跨接滤波电容C60。信号整合电路Γ与信号整合电路I线路相同，包括U16’、电阻R62’、R63’、R65’、R66’、R67’、R68’、稳压二极管 D9’。
3.如权利要求1的一种电解加工火花检测装置，其特征在于，电解加工火花检测装置的模数转换电路2具有两个信号输入端ADIN和ADIN’，包括AD转换芯片U17 (AD7656)、电解电容 C63、C64、C65、C66、C71、C72，无极性电容 C67、C68、C69、C70、C73、C74，电路的输入信号 ADIN 和 ADIN’ 分别接到 U17 的引脚 33、36，U17 的引脚 34、35、40、41、46、47、50、60 接到电源+5VA，引脚31接到电源+15V，31脚和AGND间跨接滤波电容C71和C73，引脚30接到电源-15V，引脚30和AGND间跨接滤波电容C72和C74，引脚53、52、49、44、43、38、37、32接到AGND，引脚24、9接到电源VDD103V3，引脚29、27、61、8、25、接到数字地DGND，引脚26接到电源+5VD，基准电压输入引脚51接到电源+2.5VA，51脚和AGND间跨接滤波电容C63和C67,引脚 54、56、58 分别接基准去耦电容 C64C68、C65C69、C66C70,引脚 17、16、15、14、13、12、11、10、7、6、5、4、3、2、1、64作为电路输出的16位数字编码接到故障判断电路，引脚21、22、23、19、20、63、18、28、62`作为AD芯片控制信号与故障判断电路的核心芯片相连。
4.如权利要求1的一种电解加工火花检测装置，其特征在于，电解加工火花检测装置的故障判断电路3包括U29(TMS320F28335)，模数转换电路的输出D0 D15接到U29的引脚136、135、134、133、132、131、130、129、128、127、124、123、122、119、116、115，U17 的控制信号接到 U29 的引脚 111、148、75、110、137、149、150。
5.如权利要求1的一种电解加工火花检测装置，其特征在于，电解加工火花检测装置的故障输出电路4包括光耦U8 (EL817)，电阻R19、R18、R20、R17，三极管Ql (MMBT2907A)，继电器K1，发光二极管LED13，二极管D4(1N4148)，压敏电阻YMl:U8的引脚I通过R19接至IJ电源VDD103V3，故障判断电路的输出信号DOl接到U8的引脚2，信号经过光耦隔离通过U8的4脚输出，接到R18的一端，R18另一端接到Ql的B脚，R17跨接在Ql的B脚和E脚之间，Ql的E脚接到电源VD05V，K1的线圈、D4、R20串上LED13三条线路并联接在Ql的C脚和VDOOV之间，继电器的输出常开节点作为电路的输出信号，压敏电阻YMl并联在输出两端。故障输出电路4’与故障输出电路4线路相同，包括光耦U9(EL817)，电阻R19’、R18’、R20’、R17’，三极管 Ql’ (MMBT2907A)，继电器 K1’，发光二极管 LED13’，二极管 D4’ (1N4148)，压敏电阻YM1’。
6.如权利要求2的一种电解加工火花检测装置，其特征在于，电解加工火花检测装置的信号整合电路1、I’为比例放大电路，比例放大电路包括运放U16(0P27GS)、R62、R63、R66、R67，稳压二极管D9，输入信号⑶RRENT_IN通过R67接到U16的同相输入端，R62跨接在U16的反向输入端和U16的输出端之间，U16的反向输入端与模拟地AGND之间接电阻R63，U16的输出信号接在R66的一端，R66的另一端为信号整合电路的输出信号ADIN，ADIN连到稳压二极管D9的负极，D9正极接AGND，U16的引脚7接到电源+15V，U16的引脚4接到电源-15V。
7.如权利要求3的一种电解加工火花检测装置，其特征在于，电解加工火花检测装置的模数转换电路2采用电感电容方式的数字滤波器提取信号中的噪声Hiout，即信号突变，其微分方程为y(n)=fs/f；X(X(n)-X(n-l))，Smy(n)为滤波器输出，X(n)为当前输入，x(n-l)为上一次输入值，fc为截止频率，fs为采样频率。
8.如权利要求3的一种电解加工火花检测装置，其特征在于，电解加工火花检测装置的模数转换电路2为电阻电容式数字滤波器，y(n)=x(n)-fc/fsX Σ y(n_l)，其中，y(n)为滤波器输出，X (η)为当前输入，f。为截止频率，fs为采样频率，Σ y(n-l)为O到η-l项输出值之和。
9.如权利要求4的一种电解加工火花检测装置，其特征在于，电解加工火花检测装置的故障判断电路3通过TMS320F28333OTSP的32位CPU定时器HMERO实现故障判断: 设输入信号取平均值Val，则自适应参量K=x%X Val (χ%取值范围5%_10%)，同时用电感电容式数字滤波器提取信号噪声Hiout，比较Hiout和Val，用计数器计算比较的结果，得到单位时间内噪声功率密度，判断是 否发生故障。
10.如权利要求4的一种电解加工火花检测装置，其特征在于，电解加工火花检测装置的故障判断电路3核心芯片TMS320F28335可用其他浮点型或定点型DSP实现；核心芯片DSP可用单片机实现。
全文摘要
本发明公开了一种电解加工火花检测装置，包括信号整合电路、模数转换电路、故障判断电路和故障输出电路四部分。其中，信号整合电路用于实现输入信号的放大；模数转换电路用于将模拟信号转换成数字信号；故障判断电路通过DSP软件编程采用数字滤波器提取信号中的噪声，得到单位时间内的噪声功率密度，判断是否发生火花故障并根据工作时钟计算发生火花故障的时间；故障输出电路将检测结果转换为继电器输出的无缘节点，以保证直流电解电源控制回路通过故障信号及时地保护电源和工件。
文档编号G01R31/00GK103149466SQ20121052076
公开日2013年6月12日 申请日期2012年12月6日 优先权日2012年12月6日
发明者朱晶, 王留菊, 郑炳鑫, 宋小伟, 贾亚沛, 徐铮, 林海燕 申请人:北京京仪椿树整流器有限责任公司