專利名稱：微機控制扭轉(zhuǎn)試驗機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種材料試驗機，更具體地是指微機控制扭轉(zhuǎn)試驗機，適用于機械冶金、大專院校、科研院所、航空航天、汽車制造等行業(yè)對金屬、非金屬材料及構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)性能指標的求取和研究，具有運轉(zhuǎn)穩(wěn)定、測試精度高，使用方便等優(yōu)點。
二背景技術：
在我國各行業(yè)領域中，傳統(tǒng)做法為注重材料的拉伸、壓扁、彎曲、剪切等各項物理性能試驗，隨著高新技術的迅猛發(fā)展，國民經(jīng)濟效益和國防建設的突飛猛進，對材料及構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)性能求取顯得十分重要，而我國試驗機行業(yè)僅有一個廠生產(chǎn)度盤式扭轉(zhuǎn)機，品種少、技術落后、無法滿足市場要求。國外雖有計算機控制的扭轉(zhuǎn)試驗機，但價格昂貴、維修不便，同時其扭轉(zhuǎn)測角系統(tǒng)采用機械式扭角測量，加載方式自動，切換變量和最大非比例切應變量的求取為間接求取。
三
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型要解決的技術關鍵，在于吸取國內(nèi)外現(xiàn)有技術的優(yōu)缺點，設計一種運轉(zhuǎn)穩(wěn)定、測試精度高、使用方便的扭轉(zhuǎn)試驗機。
1.試樣夾持結(jié)構(gòu)采用外旋內(nèi)錐自動對中夾持方式，以克服目前試驗機雙面對夾結(jié)構(gòu)存在的對中欠差所帶來的附加剪切力；2.對試樣標距內(nèi)的扭轉(zhuǎn)角實時測量，自動完成切變模量、最大非比例切應變的求取，從而代替目前采用試樣貼片方式間接求取法；3.試樣條件可自動存儲、自動調(diào)出，減少了每次試驗前相同輸入繁瑣操作；為此，本實用新型控制系統(tǒng)為工控總線結(jié)構(gòu)，由一塊帶總線插槽的主板和三塊插卡組成，主板上由51CPU、串行接口、邏輯接口及保護電路等組成，三塊插卡為A/D轉(zhuǎn)換卡、脈沖計數(shù)卡、脈沖輸出卡。試樣扭轉(zhuǎn)的驅(qū)動加載系統(tǒng)采用松下伺服系統(tǒng)，由伺服驅(qū)動器、伺服電機組成。
四
圖1為本實用新型主機結(jié)構(gòu)示意圖圖2為本實用新型電氣控制方框圖圖3為扭轉(zhuǎn)機夾具結(jié)構(gòu)示意圖圖4為電子試扭轉(zhuǎn)角測量結(jié)構(gòu)示意圖圖5為圖4俯視圖圖6為控制面板安裝示意圖圖7為圖1A-A剖視圖在圖1中1、機架；2、滑溜板；3、小車；4、伺服電機；5、減速機；6、夾具；7、軸承架；8、扭矩傳感器；9、固定支架；10、控制箱。
在圖3中31、夾緊螺母；32、夾具體；33、夾緊塊；34、夾具體接頭；35、手柄。
在圖4、5中41、光電編碼器支架；42、連接板；43、漲緊支架；44、固定支架；45、小齒型輪；46、光電編碼器；47、試樣；48、連接套；49、大齒型輪；50、齒型帶。
五具體實施方式
本實用新型由結(jié)構(gòu)主機和電氣控制二大部分組成。
參考附圖1結(jié)構(gòu)主機由機架1、滑溜板2、小車3、伺服電機4、減速機5、夾具6、軸承架7、扭矩傳感器8、固定支架9、控制箱10等組成。
滑溜板2有二塊，分別安裝在機架1的水平面上，中間留有空隙，并與機架1的兩側(cè)形成凹槽。小車3安裝在滑溜板2上，小車的多組滑輪座分別鑲嵌于空隙與兩邊凹槽中，使小車方便地在滑溜板上移動。
小車3上安裝有伺服電機4、減速器5，電機的轉(zhuǎn)動帶動減速器旋轉(zhuǎn)，在減速器另一邊安裝夾具6。
在機架1的另一端，滑溜板上裝有固定支架9、軸承架7，并在軸承架上安裝另一個夾具6，在軸承架7與固定支架9之間，安裝扭矩傳感器8，軸承架7、固定支架9與扭矩傳感器8封閉在控制箱10內(nèi)，在控制箱一邊的控制面板6-1上面安裝各種控制開關和指示標牌。
參考附圖3扭轉(zhuǎn)機夾具由夾緊螺母31、夾具體32、夾緊塊33、夾具體接頭34和手柄35構(gòu)成外旋內(nèi)錐自動夾持。工作時，外旋手柄帶動夾緊螺母，驅(qū)動夾具體32運動，使夾緊塊33緊抱試樣。
參考附圖4和5電子式轉(zhuǎn)角測量裝置由光電編碼器支架41、連接板42、漲緊支架43、固定支架44、小齒型輪45、光電編碼器46、連接套48、大齒型輪49和齒型帶50構(gòu)成。在固定支架44二端通過漲緊支架安裝連接板42，連接板42上裝有光電編碼器支架41、小齒型輪45，光電編碼器支架41上裝有光電編碼器46。在轉(zhuǎn)角測量時，將固定支架安裝在機架1上，同時將大齒型輪49與連接套48連接，然后安裝到主機夾具6上，并使連接套48、大齒型輪49、夾具6連成一體，然后裝入試樣47、移動小車3，使測角裝置的二個大小齒型輪處在同一平面上，然后裝上齒型帶50。
參考附圖2電氣控制系統(tǒng)為工控總線結(jié)構(gòu)，由一塊帶總線插槽的主板和三塊插卡組成，主板上由51CPU、串行接口、邏輯接口及保護電路等組成，三塊插卡分別是A/D轉(zhuǎn)換卡、脈沖計數(shù)卡、脈沖輸出卡。試樣扭轉(zhuǎn)的驅(qū)動加載系統(tǒng)采用松下伺服系統(tǒng)，由伺服驅(qū)動器、伺服電機組成。
其工作原理A/D轉(zhuǎn)換卡對扭矩傳感器的信號進行前置放大、第二級分檔放大，偏置調(diào)零、A/D轉(zhuǎn)換等，同時給傳感器提供高穩(wěn)定的激勵電壓。第二級分檔的放大倍數(shù)由51CPU根據(jù)當前的轉(zhuǎn)換結(jié)果自動進行計算并切換至相應的最有效放大倍數(shù)，以此提高分辨率及測量范圍。
脈沖計數(shù)卡對輸入的編碼器信號先由長線接收器進行接收及轉(zhuǎn)換，然后對轉(zhuǎn)換后的信號進行四倍頻處理，將分辨率提高四倍，再將四倍頻后的信號送入16位的計數(shù)器，51CPU讀出計數(shù)值并進行方向判斷及增減計數(shù)累加。計數(shù)卡脈沖信號的最高輸入頻率為500KHz，角度脈沖信號的最高頻率為62.5KHz，保證了計數(shù)的可靠性。
脈沖輸出卡將接收到的速度信號換算為相應的脈沖頻率信號，換算包括脈沖信號的分頻與倍頻，將連續(xù)的速度信號變換為連續(xù)頻率的脈沖信號，再由長線驅(qū)動器將脈沖信號轉(zhuǎn)換輸出。脈沖輸出卡同時還輸出伺服電機轉(zhuǎn)動的方向信號、接收伺服給出的信號并返回控制信號等。
該系統(tǒng)主要完成扭矩傳感器信號的放大與A/D的轉(zhuǎn)換、整個試樣扭轉(zhuǎn)角度的測量、試樣標距內(nèi)扭轉(zhuǎn)角度的測量、給伺服驅(qū)動系統(tǒng)的脈沖信號輸出、過載保護信號的執(zhí)行、手控盒操作的動作執(zhí)行等。
51CPU通過串行口與計算相連，接收并執(zhí)行來自計算機的命令。
在接收命令以外的空閑狀態(tài)進行數(shù)據(jù)采集等處理，主要包括以下任務1.完成扭矩信號的轉(zhuǎn)換；2.角度脈沖信號的計數(shù)與換算；
3.伺服接口信號的檢測；4.手動控制盒的動作執(zhí)行；5.過載保護的判斷與執(zhí)行；6.計算機命令的接收；7.發(fā)送采集數(shù)據(jù)(包括扭矩、角度、扭轉(zhuǎn)角1、扭轉(zhuǎn)角2等)到計算機；8.傳輸各種錯誤信號和反饋已接受計算機命令的執(zhí)行結(jié)果。
當接收計算機命令后，查表決定所要執(zhí)行的動作如下1.電機依據(jù)設定速度進行正反轉(zhuǎn)；2.扭矩、角度、扭轉(zhuǎn)角1、扭轉(zhuǎn)角2、時間等量的清零；3.量程的手動與自動切換設置；4.初始位置的設置；5.返回初始位置；6.開始試驗等。
該計算機系統(tǒng)的整個工作過程為分時系統(tǒng)。試驗過程中主要任務如下1.接收51CPU傳送的采集數(shù)據(jù)并儲存于存儲器；2.依據(jù)接收的扭轉(zhuǎn)角1和扭轉(zhuǎn)角2計算標距內(nèi)轉(zhuǎn)角的增量(即標距內(nèi)轉(zhuǎn)角的形變量)并儲存于存儲器；3.按選擇的曲線形式和顯示數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)實時顯示并繪制曲線；4.接收51CPU傳送各種錯誤信號并判斷處理；5.過載保護的判斷與處理；6.檢測51CPU對計算機命令的執(zhí)行情況并及時處理；7.根據(jù)角度和時間定時器檢測當前轉(zhuǎn)速并進行閉環(huán)PID調(diào)節(jié)；8.監(jiān)測試樣的屈服狀態(tài)并根據(jù)其結(jié)果對運行轉(zhuǎn)速按預先設定速度進行調(diào)整；9.根據(jù)軟件設定的試驗結(jié)束條件對51CPU傳送的數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測并作出試驗結(jié)束與否的對應處理；10.試驗結(jié)束后數(shù)據(jù)的處理、存盤等。
計算機和51CPU之間的通訊采用握手方式，若計算機或51CPU發(fā)送或接受的指令和數(shù)據(jù)未收到或不完全，他們分別從各自的緩沖區(qū)指令陣列或數(shù)據(jù)列隊中提取最新發(fā)送的指令或數(shù)據(jù)再次發(fā)送，直到接收正常為止。
由此可見，本實用新型具有扭矩值、扭轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速等指標任意設置功能，并由計算機系統(tǒng)自動控制實施加載，適合不同測試要求，采用高精度扭矩傳感器、光電編碼器、高精度儀表放大器，可實現(xiàn)各項技術指標的高精度測量。
權(quán)利要求1.一種微機控制扭轉(zhuǎn)試驗機，包括結(jié)構(gòu)主機和電氣控制系統(tǒng)，其特征在于a.試樣夾持結(jié)構(gòu)采用外旋內(nèi)錐自動對中夾持裝置；b.試樣標距內(nèi)的轉(zhuǎn)角測量為電子式轉(zhuǎn)角測量裝置；c.電氣控制系統(tǒng)為工控總線結(jié)構(gòu)，由一塊帶總線插槽的主板和三塊插卡組成，主板上由51CPU、串行接口、邏輯接口及保護電路組成，三塊插卡分別是A/D轉(zhuǎn)換卡、脈沖計數(shù)卡、脈沖輸出卡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機控制扭轉(zhuǎn)試驗機，其特征在于所述的外旋內(nèi)錐自動對中夾持裝置由夾緊螺母、夾具體、夾緊塊、夾具體接頭及手柄組成，外旋手柄帶動螺母旋轉(zhuǎn)后驅(qū)動內(nèi)錐形夾具體，夾緊塊自動夾緊試樣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機控制扭轉(zhuǎn)試驗機，其特征在于所述的電子式轉(zhuǎn)角測量裝置由光電編碼器支架、連接板、漲緊支架、固定支架、小齒型輪、光電編碼器、連接套、大齒型輪和齒型帶構(gòu)成，在固定支架二端通過漲緊支架安裝連接板，連接板裝有光電編碼器支架、小齒型輪，光電編碼器支架上裝有光電編碼器，在轉(zhuǎn)角測量時，將固定支架安裝在機架上，同時將大齒型輪與連接套連接，然后安裝到主機夾具上，并使連接套、大齒型輪、夾具連成一體，然后裝入試樣、移動小車，使測角裝置的二個大小齒型輪處在同一平面上，然后裝上齒型帶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機控制扭轉(zhuǎn)試驗機，其特征在于試樣扭轉(zhuǎn)的驅(qū)動加荷為松下伺服驅(qū)動器和伺服電機組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機控制扭轉(zhuǎn)試驗機，其特征在于所述的A/D轉(zhuǎn)換卡對扭矩傳感器的信號進行前置放大、第二級分檔放大，偏置調(diào)零、A/D轉(zhuǎn)換等，同時給傳感器提供高穩(wěn)定的激勵電壓，第二級分檔的放大倍數(shù)由51CPU根據(jù)當前的轉(zhuǎn)換結(jié)果自動進行計算并切換至相應的最有效放大倍數(shù)，以此提高分辨率及測量范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機控制扭轉(zhuǎn)試驗機，其特征在于所述的脈沖計數(shù)卡對輸入的編碼器信號先由長線接收器進行接收及轉(zhuǎn)換，然后對轉(zhuǎn)換后的信號進行四倍頻處理，將分辨率提高四倍，再將四倍頻后的信號送入16位的計數(shù)器，51CPU讀出計數(shù)值并進行方向判斷及增減計數(shù)累加，計數(shù)卡脈沖信號的最高輸入頻率為500KHz，角度脈沖信號的最高頻率為62.5KHz，保證了計數(shù)的可靠性。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機控制扭轉(zhuǎn)試驗機，其特征在于所述的脈沖輸出卡將接收到的速度信號換算為相應的脈沖頻率信號，換算包括脈沖信號的分頻與倍頻，將連續(xù)的速度信號變換為連續(xù)頻率的脈沖信號，再由長線驅(qū)動器將脈沖信號轉(zhuǎn)換輸出，脈沖輸出卡同時還輸出伺服電機轉(zhuǎn)動的方向信號、接收伺服給出的信號并返回控制信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機控制扭轉(zhuǎn)試驗機，其特征在于51CPU通過串行口與計算相連，接收并執(zhí)行來自計算機的命令，它們之間的通訊采用握手方式。
專利摘要本實用新型涉及一種材料試驗機，更具體地是指微機控制扭轉(zhuǎn)試驗機，它包括結(jié)構(gòu)主機和電氣控制二大部分。具有a.試樣夾持結(jié)構(gòu)采用外旋內(nèi)錐自動對中夾持裝置；b.試樣標距內(nèi)的轉(zhuǎn)角測量為電子式轉(zhuǎn)角測量裝置；c.電氣控制系統(tǒng)為工控總線結(jié)構(gòu)。能對扭矩值、扭轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速等指標任意設置功能，并由計算機系統(tǒng)自動控制實施加載，適合不同測試要求，采用高精度扭矩傳感器、光電編碼器、高精度儀表放大器，可實現(xiàn)各項技術指標的高精度測量。
文檔編號G01N3/00GK2622695SQ0322975
公開日2004年6月30日 申請日期2003年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月25日
發(fā)明者汪湘波, 姚文倬, 張小康 申請人:上海華龍測試儀器有限公司