新型纺织材料全数字式超声波切割系统技术方案

本发明专利技术涉及一种新型纺织材料全数字式超声波切割系统，该切割系统包括微控制器和超声波切割机构，以及分别与微控制器相连的驱动系统、电压电流采集电路、相位差采集集成电路、工作状态数字化显示器和故障处理系统，驱动系统包括连接有MOSFET功率调节电路的IR2110驱动电路和连接有IGBT逆变器电路的EXB841驱动电路，MOSFET功率调节电路的前端连接全桥整流电路，后端与IGBT逆变器电路连接；电压电流采集电路包括电压采集信号电路和电流采集信号电路，电压采集信号电路和电流信号采集电路的输入端分别与超声波切割机构相连，电压采集信号电路和电流信号采集电路的输出端分别与微控制器连接；相位差采集集成电路的输入端与电压电路采集信号的输出端连接。本发明专利技术数字化程度高，稳定可靠，能够自动处理系统故障。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超声波切割
，具体地说，涉及一种全数字式智能化超声波切割系统。
技术介绍
在纺织工业中，经常需要对纺织材料进行切割，在织物产品的生产过程中，也常常需要对织物进行分割以及切割下料，因此纤维织物的切割下料将直接影响产品的质量和生产效率。在纺织材料切割方面，现有的切割方法有机械刀具切割、电热丝切割和超声波切割三种，目前常用的切割法为电热丝切割，但其切口不平整，容易产生球状体，不美观，且时间长了，切口处容易再次脱线；超声波切割法相对于机械刀具切割、电热丝切割方法具有一定的优势，切割过程无污染，同时具有非常精密的工艺效果。现今应用在纺织材料切割方面的超声波切割系统大都数字化、智能化程度低，频率跟踪和功率控制操作频繁，且系统大部分采用模拟电路，数字化和集成化程度低，同时，对于系统故障不能进行自动处理。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有纺织材料在进行切割时存在的上述问题，提供了一种数字化程度高、稳定可靠、可实现系统故障自动处理的新型纺织材料全数字式超声波切割系统。本专利技术的技术方案为:一种新型纺织材料全数字式超声波切割系统，该切割系统包括微控制器和超声波切割机构，以及分别与微控制器相连的驱动系统、电压电流采集电路、相位差采集集成电路、工作状态数字化显示器和故障处理系统，所述驱动系统包括连接有MOSFET功率调节电路的IR2110驱动电路和连接有IGBT逆变器电路的EXB841驱动电路，所述MOSFET功率调节电路的前端连接全桥整流电路，后端与所述IGBT逆变器电路连接；所述电压电流采集电路包括电压采集信号电路和电流采集信号电路，所述电压采集信号电路和电流信号采集电路的输入端分别与超声波切割机构相连，所述电压采集信号电路和电流信号采集电路的输出端分别与微控制器连接；所述相位差采集集成电路的输入端与电压电路采集信号的输出端连接。优选的是，上述超声波切割系统中，所述电压采集电路采用高频变压器，将高频变压器并联在超声波切割机构的电压输入端，通过高频变压器的变压作用，经输入高压电转变为适合微控制器采集的3.3V以内的低压电。优选的是，上述超声波切割系统中，所述电流采集电路采用霍尔电流传感器，将霍尔传感器串联在超声波切割机构的电流输入端，通过霍尔电流传感器将超声波切割机构转化为适合微控制器采集的3.3V以内的低压电。进一步的，上述超声波切割系统中，所述超声波切割系统还设置有频率自动跟踪系统，该频率自动跟踪系统由微控制器、EXB841驱动电路和IGBT逆变器电路组成，微控制器通过独立的PWM信号的实时频率变化控制EXB841驱动电路实时改变IGBT逆变器电路中IGBT的开关状态，实现实时跟踪谐振频率。优选的是，上述超声波切割系统中，所述的IGBT逆变器电路为四个IGBT组成的H桥结构电路，每个IGBT分别与一组EXB841驱动电路直接相连。优选的是，上述超声波切割系统中，所述故障处理系统包括驱动系统故障处理部分、系统过压与欠压故障处理部分和故障信息显示处理部分，所述驱动系统故障处理部分和故障信息显示部分直接与微控制器相连，所述系统过压与欠压故障处理部分是将微控制器与电压米集电路的输出电压信号相连。优选的是，上述超声波切割系统中，所述驱动故障处理部分用于处理驱动系统内部过流故障，当驱动系统出现过流故障时会输出过流信号，该过流信号直接与微控制器相连，微控制器一旦捕捉到故障信号，立即通过改变PWM信号的频率和占空比作出保护措施，做出报警并使驱动系统恢复正常。优选的是，上述超声波切割系统中，所述系统过压欠压故障处理部分以微控制器为核心，故障输入信号为超声波切割机构两端的电压信号，当电压高于或低于超声波切割机构的安全电压范围时，微控制器直接做出处理，通过蜂鸣器报警，在工作状态数字化显示器上显示故障信息，并改变PWM信号占空比来调节超声波切割机构输入的平均电压实现过压或欠压故障自动处理。优选的是，上述超声波切割系统中，所述故障信息显示处理部分将具体的何种故障信息实时显示出来，并实时显示系统自动处理故障的结果。优选的是，上述超声波切割系统中，所述微控制器采用Kinetis K60微控制器；所述工作状态数字化显示器采用液晶显示方式。本专利技术的有益效果为:(1)本专利技术数字化程度高，稳定可靠，能够自动处理系统故障。(2)本专利技术微控制器直接连接驱动系统、相位差采集集成电路以及工作状态数字化显示器，进行数据采集和运算处理、电压电流调节、PWM信号生产、系统状态监控等，并作为整个系统的主控芯片运行，完成多种综合功能。(3)本专利技术微控制器采用Kinetis K60微控制器，Kinetis系列微控制器是飞思卡尔半导体公司推出的是业内首款ARM Cortex-M4内核芯片，该系列微控制器采用了飞思卡尔90纳米薄膜存储器(TFS)闪存技术和Flex存储器功能(可配置的内嵌EEPROM)，支持超过1000万次的擦写，并融合了最新的低功耗革新技术，具有高性能、高精度的混合信号能力，宽广的互联性，人机接口和安全外设。(4)本专利技术设计有频率自动跟踪系统，实现了实时跟踪谐振频率的功能。【附图说明】图1为本专利技术【具体实施方式】的结构框图。图2为本专利技术【具体实施方式】中IGBT逆变器电路的电路图。图3为本专利技术【具体实施方式】中EXB841驱动电路的电路图。图4为本专利技术【具体实施方式】中相位差采集集成电路的电路图。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术作进一步说明。如图1所示，本专利技术提供的一种新型纺织材料全数字式超声波切割系统，该切割系统包括Kinetis K60微控制器和超声波切割机构，以及分别与Kinetis K60微控制器相连的驱动系统、电压电流采集电路、相位差采集集成电路、工作状态数字化显示器和故障处理系统，所述驱动系统包括连接有MOSFET功率调节电路的IR2110驱动电路和连接有IGBT逆变器电路的EXB841驱动电路。超声波切割系统在工作时，由于负载发热、疲劳、老化、磨损、刚度变化和变化剧烈等变化造成了超声波换能器的阻抗变化，此时造成了输出功率的变化。需要采取一定控制方法是输出功率可以自动跟踪负载的变化，保证负载端超声波换能器振幅的稳定。为此，本实施例中，如图1所示，在所述MOSFET功率调节电路的前端连接KBPC5010全桥整流电路，后端与所述IGBT逆变器电路连接，并通过IR2110驱动电路来达到控制MOSFET通断的目的。MOSFET与滤波电容组成一个降压斩波器，工作时MOSFET的通断频率不变，通过改变MOSFET的开通时间来达到改变平均电压的目的，从而调低或者调高系统的输出功率。本实施例中，IR2110驱动电路一端与MOSFET功率调节电路相连，一端与KinetisK60微控制器的输出引脚相连，通过一路频率固定的PWM信号的实时占空比变化控制IR2110驱动电路实时改变MOSFET的开关状态，来达到实时调节输出功率的目的。本实施例中，上述电压电流采集电路包括电压采集信号电路和电流采集信号电路，所述电压采集信号电路和电流信号采集电路的输入端分别与超声波切割机构相连，所述电压采集信号电路和电流信号采集电路的输出端分别与Kinetis K60微控制器连接。电压采集信号电路采集超声波切割机构两端电压，电流采集信号电路采集超本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型纺织材料全数字式超声波切割系统，其特征在于：该切割系统包括微控制器和超声波切割机构，以及分别与微控制器相连的驱动系统、电压电流采集电路、相位差采集集成电路、工作状态数字化显示器和故障处理系统，所述驱动系统包括连接有MOSFET功率调节电路的IR2110驱动电路和连接有IGBT逆变器电路的EXB841驱动电路，所述MOSFET功率调节电路的前端连接全桥整流电路，后端与所述IGBT逆变器电路连接；所述电压电流采集电路包括电压采集信号电路和电流采集信号电路，所述电压采集信号电路和电流信号采集电路的输入端分别与超声波切割机构相连，所述电压采集信号电路和电流信号采集电路的输出端分别与微控制器连接；所述相位差采集集成电路的输入端与电压电路采集信号的输出端连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永瑞，李云祥，赵莅龙，金纬地，张春蕊，高顺，黄兴龙，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东;37