面向功能陶瓷等靜壓成型加工車間的多級質量監控系統的制作方法

專利名稱：面向功能陶瓷等靜壓成型加工車間的多級質量監控系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種加工過程中的質量監控系統，尤其是涉及一種面向功能陶瓷等靜 壓成型加工車間的多級質量監控系統。
背景技術：
功能陶瓷材料逐漸成為一種重要的新型功能材料，在電子工業、儀表工業、軍事等 領域均有廣泛應用，但現有陶瓷的制備工藝存在穩定性不好、抗干擾能力差等問題。如何改 進與優化生產工藝、提高與控制產品質量是其面臨的首要任務。等靜壓成型加工工藝是功能陶瓷加工的關鍵工藝之一，其成型質量的好壞將直接 影響到陶瓷工件的最終質量。然而，由于影響其成型質量的因素多、不確定性大，目前尚缺 乏定量化的管理方法，經驗是其工藝質量保證的主要手段。事實上，近年來人們在努力探索 制造過程的自動化監控方法，取得了一些進展。例如利用統計過程控制技術對產品質量進 行監控，借助于計算機網絡技術監管產品加工過程的各工況及其波動狀態等，并且在一些 行業中得到了較好的應用。但這些技術在功能陶瓷成型加工中并未得到有效的應用。并且 由于功能陶瓷成型加工質量控制的復雜性，采用單一層次、單一指標、單一對象的監控方法 是很難保證其成型質量，迫切需要從系統工程的角度全方位地進行監控，才能取得實效，確 保其產品質量。

發明內容
本發明的目的在于提供一種面向功能陶瓷等靜壓成型加工車間的多級質量監控 系統，實現工件級、壓機級和車間級的集成監控。為達到上述目的，本發明采用如下技術方案本發明包括工件級檢測裝置、壓機級壓力監測裝置和車間級集成監控系統；其 中1)工件級檢測裝置包括稱照明光源、CXD攝像機、圖像采集卡、稱重傳感器、稱 重顯示控制器和計算機；照明光源照射到第一工位的工件反射光通過成像到CXD攝像機 上，經圖像采集卡接入計算機，到第二工位的工件經稱重傳感器、稱重顯示控制器接入計算 機；2)壓機級壓力監測裝置包括壓力傳感器、高精度儀器放大器、單片機、液晶顯示 模塊、報警燈、地址譯碼器、地址鎖存器和時鐘模塊；壓力傳感器與壓機連接，單片機經高精 度儀器放大器與壓力傳感器連接；液晶顯示模塊、報警燈和時鐘模塊與單片機相連；液晶 顯示模塊經地址譯碼器連接到地址鎖存器，地址鎖存器與單片機、液晶顯示模塊相連；3)車間級集成監控系統包括工件級檢測裝置通訊模塊、壓機級壓力監測裝置通 訊模塊和車間級集成分析模塊；車間級集成分析模塊分別與工件級檢測裝置通訊模塊和壓 機級壓力監測裝置通訊模塊連接；工件級檢測裝置、壓機級壓力監測裝置與車間級集成監控系統連接；
所述壓機級壓力監測裝置中的壓力傳感器經電第一電阻R1、第二電阻R2、第一電 容C13、第二電容C14、第三電容C48、第四電容C49、第一電感MB1、第二電感MB2構成調零 電路接入高精度儀器放大器的IN+端和IN-端；由第五電容C16、第六電容以9構成的電源 濾波電路和由第七電容C15、第八電容以8構成的電源濾波電路分別接在高精度儀器放大 器的正負端；由第三電阻R5構成的放大倍數電路接在高精度儀器放大器的1腳Rg端和8 腳Rg端；高精度儀器放大器的參考電壓端接地；由第九電容C17、第十電容C50、第四電阻 R7、第三電感MB3構成的濾波電路接高精度儀器放大器的OUTPUT端；OUTPUT端與單片機的 ANIO端相連接，液晶顯示模塊的數據輸入/輸出端與單片機地址/數據信號端連接，報警燈 和時鐘模塊與單片機相連，液晶顯示模塊的地址輸入端通過地址鎖存器、地址譯碼器和單 片機的信號端連接；所述工件級檢測裝置通訊模塊利用TCP/IP協議與車間級集成分析模塊相連；所述壓機級壓力監測裝置通訊模塊包括SC 16SI752擴展UART 口芯片，MAX3485 芯片，單片機；使用SC16SI752擴展2路RS485接口總線，單片機與SC16SI752芯片使用SPI 接口連接，單片機的Pl. 4、Pl. 3、Pl. 2連接SC16SI752的SCLK、SO、SI ；單片機的Pl. 1連 接SC16SI752的片選信號/CS ；SC16SI752的復位腳RST接單片機的TDI腳，SC16SI752的 TXA, RXA, TXB,RXB分別接2路MAX!3485的R0、DI腳，SC16SI752的URAT的請求發送端通過 74HC04反相器連接到MAX3485的驅動使能端和接收使能端。SC16SI752的中斷輸入端通過 第四電阻R8接高電平；SC16SI752的URAT的請求發送端通過74HC04反相器連接到MAX3485 的驅動使能端和接收使能端；單片機復位端連接電源監控芯片CAT810的復位端。與背景技術相比，本發明具有的有益效果1)本發明的工件級尺寸和密度檢測裝置通過TCP/IP協議傳輸到車間級，讓工程 技術人員能夠隨時了解生產線的實時加工情況，減少了工作的復雜度；2)本發明的壓機級壓力監測裝置可以不受加工壓機的類型或生產廠家定制程序 的限制，方便地安裝在壓機上，用以監測和優化等靜壓成型加工的工藝參數；3)本發明的車間級集成監控系統，可以實時地顯示和監控工件的質量信息和壓機 的狀態，實現全自動的告警和控制，并建立工件質量和壓機參數之間的耦合關系，實現功能 陶瓷成型加工車間的多層次、多指標、多對象的多級質量監控。本發明主要用于工業領域中的質量監控。


圖1是本發明的總體結構原理框圖。
圖2是壓力監測接口模塊圖。
圖3是壓機級壓力監測裝置原理圖。
圖4是壓機級壓力監測裝置通訊模塊圖。
圖5是SPI寫時序圖。
圖6是SPI讀時序圖。
圖7是電壓轉換模塊24V轉5V圖。
圖8是電壓轉化模塊5V轉3. 3V圖。
圖9是電壓轉化模塊5V轉+5V和-5V圖
圖10是時鐘模塊圖。圖11是電壓檢測和復位模塊圖。圖12是單片機模塊圖。圖13是電壓濾波模塊圖。圖14是報警燈模塊圖。圖中1、工件級檢測裝置，2、壓機級壓力監測裝置，3、車間級集成監控系統，11、 照明光源，12、工件，13、CXD攝像機，14、圖像采集卡，15、稱重傳感器，16稱重顯示控制器， 17、計算機，21、壓機，22、壓力傳感器，23、高精度儀器放大器，24、單片機，25、報警燈，沈、液 晶顯示模塊，27、地址譯碼器，觀、地址鎖存器，29、時鐘模塊，31、工件級檢測裝置通訊模塊， 32、壓機級壓力監測裝置通訊模塊，33、車間級集成分析模塊。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。如圖1所示，本發明包括工件級檢測裝置1、壓機級壓力監測裝置2和車間級集成 監控系統3 ；工件級檢測裝置，用于獲得工件的形狀參數和重量參數，進而獲得工件的密度參 數，實時顯示工件級的質量狀況；壓機級壓力監測裝置，用于監測壓機的最大壓力和保壓時間，并通過液晶顯示模 塊、報警燈等顯示壓機的工作狀態；車間級集成監控系統，用于接收工件級檢測裝置和壓機級壓力監測裝置所獲得的 信息，并對工件級和壓機級的信息進行集成分析，建立工件質量和壓機參數之間的耦合關 系，實現功能陶瓷成型加工車間的多層次、多指標、多對象的多級質量監控。其中1)工件級檢測裝置1 如圖1所示，首先照明光源11照射到第一工位的工件12 上，考慮到工件12的形狀，本裝置采用小角度軸向LED照明光源，然后工件的反射光通過鏡 頭成像到CXD攝像機13上，可以采用可調焦的CBC公司型號為TEC-MS 5鏡頭，其接口類 型為C型，焦距為55-146mm，大景深，50mm焦闌，鏡頭最大孔徑比為1 2.8。接著圖像采 集卡14把CCD攝像機上的光信號轉換成電信號，也就是把原始圖像轉化為數字圖像，可以 采用使用NI公司的IMAQ-PCI-1409圖像采集卡。此采集卡支持多種視頻制式PAL，NTSC 等。IMAQ-PCI-1409圖像采集卡輸入的視頻信號經數字解碼器，模數轉換器，比例縮放，裁 減，色空變換等處理，通過PCI總線傳到計算機內存實時存儲。計算機用開發的軟件系統對 數字圖像進行處理，進而獲得工件的高度和厚度信息并計算出工件的體積；然后稱重傳感 器15測量出到第二工位的工件12的重量，接入稱重顯示控制器16，稱重顯示控制器接入 計算機17。可以采用鴻瑞傳感儀器有限公司生產的稱重傳感器N420，該稱重傳感器的量 程為0. 3 7kg，綜合誤差為0. 2% F. S，重復性、線性為0. 2% F. S，經稱重顯示控制器接 入計算機。稱重顯示控制器可以采用鴻瑞傳感儀器有限公司生產的YH805型稱重顯示控 制器，YH805是一款面向工業控制領域(或其他需要模擬量輸出的應用場所)的稱重顯示 控制器。它集重量顯示與模擬信號輸出于一體，重量變送器前端信號處理采用高精度的M 位專用A/D轉換器，模擬信號輸出采用16位的D/A轉換器。最大A/D脈沖數1，000，00， 可選擇RS232與RS485兩種數字通訊接口方式。其滿量程溫度系數5PPM/°C，零點溫度漂移0.06uV/°C，最高靈敏度0.6uV/d，非線性優于0.01% FS，模擬輸出偏移漂移(OmA或 4mA) :50PPM/°C，最后計算機軟件利用體積參數和重量參數計算出工件12的密度；2)壓機級壓力監測裝置2 如圖2所示，壓力監測接口模塊。采用+5V的電壓。如 圖3所示，壓力傳感器22經第一電阻R1、第二電阻R2、第一電容C13、第二電容C14、第三電 容C48、第四電容C49、第一電感MB1、第二電感MB2構成調零電路接入高精度儀器放大器23 的IN+端和IN-端；壓力傳感器可以采用北京必創科技有限公司生產的規格為IOmm的途箔 金屬應變片，工作溫度范圍-196-+1201，常溫下自帶溫度補償士1.0\10-6應變/°C，變 形極限5%。高精度儀器放大器23可以采用AD620。AD620是一款低成本，高精度儀表放 大器，僅需要一個外部電阻來設置增益，增益范圍為1至10000。AD620具有高精度(最大 非線性度40ppm)、低失調電壓(最大50uV)和低失調漂移(最大0. 6uV/c)特性。由第五 電容C16、第六電容C29構成的電源濾波電路和由第八電容C15、第九電容C28構成的電源 濾波電路分別接在高精度儀器放大器23的的正負端；由第三電阻R5構成的放大倍數電路 接在高精度儀器放大器23的的1腳Rg端和8腳Rg端；高精度儀器放大器23的參考電壓 端接地；由第十電容C17、第十一電容C50、第四電阻R7、第三電感MB3構成的濾波電路接高 精度儀器放大器23的的OUTPUT端；OUTPUT端與單片機M的ANIO端相連接，單片機可以 采用C8051F064。液晶顯示模塊沈、報警燈25和時鐘模塊四與單片機M相連；液晶顯示 模塊沈經地址譯碼器27連接到地址鎖存器觀，地址鎖存器28與單片機對、液晶顯示模塊 26相連，液晶顯示模塊的型號為TOULY M240128-1A1型。單片機接口如圖12所示。3)車間級集成監控系統包括工件級檢測裝置通訊模塊、壓機級壓力監測裝置通訊 模塊，車間集成監控分析模塊。工件級檢測裝置通訊模塊采用scock套接字實現。工件級檢測裝置中的PC機向 車間級集成監控系統發起連接請求，車間級集成監控系統監聽到連接請求后，就建立了兩 者之間的連接。壓機級壓力監測裝置通訊模塊如圖4所示，包括SC16SI752擴展UART 口芯片， 2片MAX;3485芯片。使用SC16SI752擴展2路RS485接口總線，SC16SI752是NXP公司推 出的帶I2C/SPI總線接口轉雙通道URAT的轉換芯片，可提供高達5Mbit/s的速率。單片機 與SC16SI752芯片使用SPI接口連接，單片機的型號可以采用C8051F064。單片機的Pl. 4、 Pl. 3、Pl. 2 連接 SC16SI752 的 SCLK, SO、SI ；單片機的 Pl. 1 連接 SC16SI752 的片選信號 / CS ；單片機用IO 口模擬SPI總線協議，實現與SC16SI752的通訊。SC16SI752采用11. 0592M 的晶振，振蕩電路由第十一電容C11、第十二電容ClO組成，連接到SC16SI752的晶振的輸入 輸出腳。SC16SI752的復位腳RST接單片機的TDI腳，通過單片機進行復位。SC16SI752的 TXA, RXA,TXB, RXB分別接2路MAX!3485的R0、DI腳，SC16SI752的URAT的請求發送端通過 74HC04反相器連接到MAX3485的驅動使能端和接收使能端。單片機的IO腳根據上面的時序進行模擬，SC16SI752的中斷輸入端通過電阻R8接 高電平，SC16SI752采用的是查詢工作模式。SC16SI752的收發寄存器RHR、THR的地址為 0x00。如圖5所示，當單片機發送數據時，單片機的IO 口模擬SPI寫時序設置R/W位 為0，A[3:0]位為0000。如果是通道A，則CH[1:0]位為00 ；如果是通道B，則CH[1 0]位為 01,D[7:0]位為待發送的數據；
如圖6所示，當單片機接收數據時，單片機的IO 口模擬SPI讀時序設置R/W位為 1，A[3:0]位為0000。如果是通道A，則CH[1:0]位為00 ；如果是通道B，CH[1:0]位為01， D [7:0]位為待接收的數據。車間集成監控分析模塊完成對工件級和壓機級的信息進行集成分析，這部分工作 主要利用軟件實現。實現工件級工件尺寸和工件密度的統計過程控制，利用控制圖實時顯 示工件的質量狀況；實時顯示壓機工作的最大壓力和保壓時間，并與以往樣本數據進行比 對，進而判斷壓機的工作狀態；利用人工神經網絡建立工件質量的尺寸信息和密度信息和 壓機壓力參數之間的耦合關系。4)電壓轉換模塊如圖7所示，開關電源輸出的+24V電壓經過由第一二極管、第 十三電容C40構成的掉電保護電路后與LM2575的VIN、0N/0F端相連，LM2575的OUTPUT端 經第十四電容C43、第十五電容C31、第十六電容出C33、第四電感L6，第一磁珠輸出5V電 壓；如圖8所示，+5V電壓輸出端經過第十七電容C41接第一 G1117的Vin端，第一 G1117的Vout端接第十八電容C42、第十九電容C30、第二十電容C32、第五電感Hl輸出一 路+3. 3V電壓；+5V電壓輸出端經過第二i^一電容C44接第二 Gl 117的Vin端，第二 Gl 117 的Vout端接第二十二電容C37、第二十三電容C45、第二十四電容C36、第六電感H3輸出另 一路+3. 3V電壓，一路供給單片機C8051F064，另一路供給通訊芯片SC16SI752。如圖9所示，+5V電壓接正負雙輸出的電源模塊A0509的VIN端，A0509V0UT+和 VOUT-經第二十五電容C46，第二十六電容C47分別接兩片MC78L05CP芯片的Vin端，第一片 MC78L05CP芯片的+5V輸出端經第二十七電容C35、第二十八電容C39和第三磁珠C5輸出 +5V穩定電壓；第二片MC78L05CP芯片的-5V輸出端經第三十電容C34、第三i^一電容C38 和第四磁珠C4輸出-5V穩定電壓；這個2路正負5V電壓為儀器放大器AD620提供電壓。為了更好地檢測電壓和對電壓進行復位，采用如圖11所示的電壓檢測和復位模 塊。采用如圖13所示的電路對電壓進行濾波。5)時鐘模塊如圖10所示，當主板在向上位機傳輸數據時，需要附加數據的采集 時間，此處采用DS1302時鐘芯片來獲取系統時間，作為數據的附加信息，一同傳輸到計算 機。6)報警燈模塊，采用LED燈實時顯示壓機的工作狀態，LED報警燈模塊如圖14所示。
權利要求
1.一種面向功能陶瓷等靜壓成型加工車間的多級質量監控系統，其特征在于包括工件 級檢測裝置(1)、壓機級壓力監測裝置( 和車間級集成監控系統(3)；其中1)工件級檢測裝置(1)包括稱照明光源(11)、CCD攝像機(13)、圖像采集卡(14)、稱 重傳感器(15)、稱重顯示控制器(16)和計算機(17)；照明光源(11)照射到第一工位的工 件(1 反射光通過成像到CCD攝像機(1 上，經圖像采集卡(14)接入計算機(17)，到第 二工位的工件(1 經稱重傳感器(15)、稱重顯示控制器(16)接入計算機(17)；2)壓機級壓力監測裝置O)包括壓力傳感器(22)、高精度儀器放大器(23)、單片機 (M)、液晶顯示模塊(25)、報警燈( )、地址譯碼器(27)、地址鎖存器08)和時鐘模塊 (29)；壓力傳感器0 與壓機連接，單片機04)經高精度儀器放大器與壓力傳 感器02)連接；液晶顯示模塊(沈)、報警燈05)和時鐘模塊09)與單片機04)相連；液 晶顯示模塊06)經地址譯碼器、2Τ)連接到地址鎖存器( )，地址鎖存器08)與單片機 (M)、液晶顯示模塊(26)相連；3)車間級集成監控系統(3)包括工件級檢測裝置通訊模塊(31)、壓機級壓力監測裝 置通訊模塊(3 和車間級集成分析模塊(3 ；車間級集成分析模塊(3 分別與工件級檢 測裝置通訊模塊(31)和壓機級壓力監測裝置通訊模塊(3 連接；工件級檢測裝置(1)、壓機級壓力監測裝置與車間級集成監控系統C3)連接；
2.根據權利要求1所述的一種面向功能陶瓷等靜壓成型加工車間的多級質量監控系 統，其特征在于所述壓機級壓力監測裝置中的壓力傳感器02)經電第一電阻(R1)、 第二電阻(R2)、第一電容(C13)、第二電容(C14)、第三電容(C48)、第四電容(C49)、第一電 感(MBl)、第二電感(MB2)構成調零電路接入高精度儀器放大器03)的IN+端和IN-端；由 第五電容(C16)、第六電容(C29)構成的電源濾波電路和由第七電容(C15)、第八電容(C28) 構成的電源濾波電路分別接在高精度儀器放大器03)的正負端；由第三電阻(R5)構成 的放大倍數電路接在高精度儀器放大器的1腳Rg端和8腳Rg端；高精度儀器放大 器03)的參考電壓端接地；由第九電容(C17)、第十電容(C50)、第四電阻(R7)、第三電感 (MB3構成的濾波電路接高精度儀器放大器03)的OUTPUT端；OUTPUT端與單片機Q4)的 ANIO端相連接，液晶顯示模塊06)的數據輸入/輸出端與單片機04)地址/數據信號端 連接，報警燈0 和時鐘模塊09)與單片機04)相連，液晶顯示模塊06)的地址輸入端 通過地址鎖存器( )、地址譯碼器(27)和單片機04)的信號端連接；
3.根據權利要求1所述的一種面向功能陶瓷等靜壓成型加工車間的多級質量監控系 統，其特征在于所述工件級檢測裝置通訊模塊(31)利用TCP/IP協議與車間級集成分析模 塊(33)相連；
4.根據權利要求1所述的一種面向功能陶瓷等靜壓成型加工車間的多級質量監控系 統，其特征在于所述壓機級壓力監測裝置通訊模塊(3 包括SC16SI752擴展UART 口芯 片，MAX3485芯片，單片機04)；使用SC16SI752擴展2路RS485接口總線，單片機Q4) 與SC16SI752芯片使用SPI接口連接，單片機(24)的Pl. 4、Pl. 3、Pl. 2連接SC16SI752的 SCLK, SO、SI ；單片機(24)的Pl. 1連接SC16SI752的片選信號/CS ；SC16SI752的復位腳 RST 接單片機(24)的 TDI 腳，SC16SI752 的 TXA, RXA、TXB、RXB 分別接 2 路 MAX3485 的 R0、 DI腳，SC16SI752的URAT的請求發送端通過74HC04反相器連接到MAX!3485的驅動使能端和 接收使能端。SC 16SI752的中斷輸入端通過第四電阻R8接高電平；SC16SI752的URAT的請求發送端通過74HC04反相器連接到MAX3485的驅動使能端和接收使能端；單片機04) 復位端連接電源監控芯片CAT810的復位端。
全文摘要
本發明公開了一種面向功能陶瓷等靜壓成型加工車間的多級質量監控系統。包括工件級檢測裝置、壓機級壓力監測裝置和車間級集成監控系統；工件級檢測裝置包括光源、攝像機、采集卡、稱重傳感器、稱重顯示控制器和計算機；壓機級壓力監測裝置包括壓力傳感器、放大器、單片機、液晶模塊、地址鎖存器、地址譯碼器、時鐘模塊和報警燈；車間級集成監控系統包括工件級檢測裝置和壓機級壓力監測裝置通訊模塊、車間級集成分析模塊；工件級檢測裝置用于獲得工件的形狀和重量參數；壓機級壓力監測裝置用于監測壓機的壓力和保壓時間；車間級集成監控系統用于對工件級和壓機級的信息集成分析。本發明能實現加工車間的多層次、多指標、多對象的多級質量監控。
文檔編號H04N7/18GK102059734SQ20101053680
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月9日 優先權日2010年11月9日
發明者余忠華, 呂冠軍, 周娟, 殷建軍 申請人:寧波泰格爾陶瓷有限公司, 浙江大學