专利名称：微机控制扭转试验机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种材料试验机，更具体地是指微机控制扭转试验机，适用于机械冶金、大专院校、科研院所、航空航天、汽车制造等行业对金属、非金属材料及构件的扭转性能指标的求取和研究，具有运转稳定、测试精度高，使用方便等优点。
二背景技术：
在我国各行业领域中，传统做法为注重材料的拉伸、压扁、弯曲、剪切等各项物理性能试验，随着高新技术的迅猛发展，国民经济效益和国防建设的突飞猛进，对材料及构件的扭转性能求取显得十分重要，而我国试验机行业仅有一个厂生产度盘式扭转机，品种少、技术落后、无法满足市场要求。国外虽有计算机控制的扭转试验机，但价格昂贵、维修不便，同时其扭转测角系统采用机械式扭角测量，加载方式自动，切换变量和最大非比例切应变量的求取为间接求取。
三
发明内容
本实用新型要解决的技术关键，在于吸取国内外现有技术的优缺点，设计一种运转稳定、测试精度高、使用方便的扭转试验机。
1.试样夹持结构采用外旋内锥自动对中夹持方式，以克服目前试验机双面对夹结构存在的对中欠差所带来的附加剪切力；2.对试样标距内的扭转角实时测量，自动完成切变模量、最大非比例切应变的求取，从而代替目前采用试样贴片方式间接求取法；3.试样条件可自动存储、自动调出，减少了每次试验前相同输入繁琐操作；为此，本实用新型控制系统为工控总线结构，由一块带总线插槽的主板和三块插卡组成，主板上由51CPU、串行接口、逻辑接口及保护电路等组成，三块插卡为A/D转换卡、脉冲计数卡、脉冲输出卡。试样扭转的驱动加载系统采用松下伺服系统，由伺服驱动器、伺服电机组成。
四
图1为本实用新型主机结构示意图图2为本实用新型电气控制方框图图3为扭转机夹具结构示意图图4为电子试扭转角测量结构示意图图5为图4俯视图图6为控制面板安装示意图图7为图1A-A剖视图在图1中1、机架；2、滑溜板；3、小车；4、伺服电机；5、减速机；6、夹具；7、轴承架；8、扭矩传感器；9、固定支架；10、控制箱。
在图3中31、夹紧螺母；32、夹具体；33、夹紧块；34、夹具体接头；35、手柄。
在图4、5中41、光电编码器支架；42、连接板；43、涨紧支架；44、固定支架；45、小齿型轮；46、光电编码器；47、试样；48、连接套；49、大齿型轮；50、齿型带。
五具体实施方式
本实用新型由结构主机和电气控制二大部分组成。
参考附图1结构主机由机架1、滑溜板2、小车3、伺服电机4、减速机5、夹具6、轴承架7、扭矩传感器8、固定支架9、控制箱10等组成。
滑溜板2有二块，分别安装在机架1的水平面上，中间留有空隙，并与机架1的两侧形成凹槽。小车3安装在滑溜板2上，小车的多组滑轮座分别镶嵌于空隙与两边凹槽中，使小车方便地在滑溜板上移动。
小车3上安装有伺服电机4、减速器5，电机的转动带动减速器旋转，在减速器另一边安装夹具6。
在机架1的另一端，滑溜板上装有固定支架9、轴承架7，并在轴承架上安装另一个夹具6，在轴承架7与固定支架9之间，安装扭矩传感器8，轴承架7、固定支架9与扭矩传感器8封闭在控制箱10内，在控制箱一边的控制面板6-1上面安装各种控制开关和指示标牌。
参考附图3扭转机夹具由夹紧螺母31、夹具体32、夹紧块33、夹具体接头34和手柄35构成外旋内锥自动夹持。工作时，外旋手柄带动夹紧螺母，驱动夹具体32运动，使夹紧块33紧抱试样。
参考附图4和5电子式转角测量装置由光电编码器支架41、连接板42、涨紧支架43、固定支架44、小齿型轮45、光电编码器46、连接套48、大齿型轮49和齿型带50构成。在固定支架44二端通过涨紧支架安装连接板42，连接板42上装有光电编码器支架41、小齿型轮45，光电编码器支架41上装有光电编码器46。在转角测量时，将固定支架安装在机架1上，同时将大齿型轮49与连接套48连接，然后安装到主机夹具6上，并使连接套48、大齿型轮49、夹具6连成一体，然后装入试样47、移动小车3，使测角装置的二个大小齿型轮处在同一平面上，然后装上齿型带50。
参考附图2电气控制系统为工控总线结构，由一块带总线插槽的主板和三块插卡组成，主板上由51CPU、串行接口、逻辑接口及保护电路等组成，三块插卡分别是A/D转换卡、脉冲计数卡、脉冲输出卡。试样扭转的驱动加载系统采用松下伺服系统，由伺服驱动器、伺服电机组成。
其工作原理A/D转换卡对扭矩传感器的信号进行前置放大、第二级分档放大，偏置调零、A/D转换等，同时给传感器提供高稳定的激励电压。第二级分档的放大倍数由51CPU根据当前的转换结果自动进行计算并切换至相应的最有效放大倍数，以此提高分辨率及测量范围。
脉冲计数卡对输入的编码器信号先由长线接收器进行接收及转换，然后对转换后的信号进行四倍频处理，将分辨率提高四倍，再将四倍频后的信号送入16位的计数器，51CPU读出计数值并进行方向判断及增减计数累加。计数卡脉冲信号的最高输入频率为500KHz，角度脉冲信号的最高频率为62.5KHz，保证了计数的可靠性。
脉冲输出卡将接收到的速度信号换算为相应的脉冲频率信号，换算包括脉冲信号的分频与倍频，将连续的速度信号变换为连续频率的脉冲信号，再由长线驱动器将脉冲信号转换输出。脉冲输出卡同时还输出伺服电机转动的方向信号、接收伺服给出的信号并返回控制信号等。
该系统主要完成扭矩传感器信号的放大与A/D的转换、整个试样扭转角度的测量、试样标距内扭转角度的测量、给伺服驱动系统的脉冲信号输出、过载保护信号的执行、手控盒操作的动作执行等。
51CPU通过串行口与计算相连，接收并执行来自计算机的命令。
在接收命令以外的空闲状态进行数据采集等处理，主要包括以下任务1.完成扭矩信号的转换；2.角度脉冲信号的计数与换算；
3.伺服接口信号的检测；4.手动控制盒的动作执行；5.过载保护的判断与执行；6.计算机命令的接收；7.发送采集数据(包括扭矩、角度、扭转角1、扭转角2等)到计算机；8.传输各种错误信号和反馈已接受计算机命令的执行结果。
当接收计算机命令后，查表决定所要执行的动作如下1.电机依据设定速度进行正反转；2.扭矩、角度、扭转角1、扭转角2、时间等量的清零；3.量程的手动与自动切换设置；4.初始位置的设置；5.返回初始位置；6.开始试验等。
该计算机系统的整个工作过程为分时系统。试验过程中主要任务如下1.接收51CPU传送的采集数据并储存于存储器；2.依据接收的扭转角1和扭转角2计算标距内转角的增量(即标距内转角的形变量)并储存于存储器；3.按选择的曲线形式和显示数据进行数据实时显示并绘制曲线；4.接收51CPU传送各种错误信号并判断处理；5.过载保护的判断与处理；6.检测51CPU对计算机命令的执行情况并及时处理；7.根据角度和时间定时器检测当前转速并进行闭环PID调节；8.监测试样的屈服状态并根据其结果对运行转速按预先设定速度进行调整；9.根据软件设定的试验结束条件对51CPU传送的数据进行实时监测并作出试验结束与否的对应处理；10.试验结束后数据的处理、存盘等。
计算机和51CPU之间的通讯采用握手方式，若计算机或51CPU发送或接受的指令和数据未收到或不完全，他们分别从各自的缓冲区指令阵列或数据列队中提取最新发送的指令或数据再次发送，直到接收正常为止。
由此可见，本实用新型具有扭矩值、扭转角、转速等指标任意设置功能，并由计算机系统自动控制实施加载，适合不同测试要求，采用高精度扭矩传感器、光电编码器、高精度仪表放大器，可实现各项技术指标的高精度测量。
权利要求1.一种微机控制扭转试验机，包括结构主机和电气控制系统，其特征在于a.试样夹持结构采用外旋内锥自动对中夹持装置；b.试样标距内的转角测量为电子式转角测量装置；c.电气控制系统为工控总线结构，由一块带总线插槽的主板和三块插卡组成，主板上由51CPU、串行接口、逻辑接口及保护电路组成，三块插卡分别是A/D转换卡、脉冲计数卡、脉冲输出卡。
2.根据权利要求1所述的微机控制扭转试验机，其特征在于所述的外旋内锥自动对中夹持装置由夹紧螺母、夹具体、夹紧块、夹具体接头及手柄组成，外旋手柄带动螺母旋转后驱动内锥形夹具体，夹紧块自动夹紧试样。
3.根据权利要求1所述的微机控制扭转试验机，其特征在于所述的电子式转角测量装置由光电编码器支架、连接板、涨紧支架、固定支架、小齿型轮、光电编码器、连接套、大齿型轮和齿型带构成，在固定支架二端通过涨紧支架安装连接板，连接板装有光电编码器支架、小齿型轮，光电编码器支架上装有光电编码器，在转角测量时，将固定支架安装在机架上，同时将大齿型轮与连接套连接，然后安装到主机夹具上，并使连接套、大齿型轮、夹具连成一体，然后装入试样、移动小车，使测角装置的二个大小齿型轮处在同一平面上，然后装上齿型带。
4.根据权利要求1所述的微机控制扭转试验机，其特征在于试样扭转的驱动加荷为松下伺服驱动器和伺服电机组成。
5.根据权利要求1所述的微机控制扭转试验机，其特征在于所述的A/D转换卡对扭矩传感器的信号进行前置放大、第二级分档放大，偏置调零、A/D转换等，同时给传感器提供高稳定的激励电压，第二级分档的放大倍数由51CPU根据当前的转换结果自动进行计算并切换至相应的最有效放大倍数，以此提高分辨率及测量范围。
6.根据权利要求1所述的微机控制扭转试验机，其特征在于所述的脉冲计数卡对输入的编码器信号先由长线接收器进行接收及转换，然后对转换后的信号进行四倍频处理，将分辨率提高四倍，再将四倍频后的信号送入16位的计数器，51CPU读出计数值并进行方向判断及增减计数累加，计数卡脉冲信号的最高输入频率为500KHz，角度脉冲信号的最高频率为62.5KHz，保证了计数的可靠性。
7.根据权利要求1所述的微机控制扭转试验机，其特征在于所述的脉冲输出卡将接收到的速度信号换算为相应的脉冲频率信号，换算包括脉冲信号的分频与倍频，将连续的速度信号变换为连续频率的脉冲信号，再由长线驱动器将脉冲信号转换输出，脉冲输出卡同时还输出伺服电机转动的方向信号、接收伺服给出的信号并返回控制信号。
8.根据权利要求1所述的微机控制扭转试验机，其特征在于51CPU通过串行口与计算相连，接收并执行来自计算机的命令，它们之间的通讯采用握手方式。
专利摘要本实用新型涉及一种材料试验机，更具体地是指微机控制扭转试验机，它包括结构主机和电气控制二大部分。具有a.试样夹持结构采用外旋内锥自动对中夹持装置；b.试样标距内的转角测量为电子式转角测量装置；c.电气控制系统为工控总线结构。能对扭矩值、扭转角、转速等指标任意设置功能，并由计算机系统自动控制实施加载，适合不同测试要求，采用高精度扭矩传感器、光电编码器、高精度仪表放大器，可实现各项技术指标的高精度测量。
文档编号G01N3/00GK2622695SQ0322975
公开日2004年6月30日 申请日期2003年3月25日 优先权日2003年3月25日
发明者汪湘波, 姚文倬, 张小康 申请人:上海华龙测试仪器有限公司