专利名称：微机控制电子万能试验机的制作方法
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电子万能试验机，适用于各种金属、非金属材料的拉伸、压缩、弯曲、剪切、剥离、撕裂等机械性能的测试和研究，具有操作方便、运行稳定、测试精度高等特点。
二背景技术：
目前我国使用的万能试验机，绝大部分是60年代的老产品，机器陈旧、精度差，性能也不全。国外虽有自动控制的电子万能试验机，但价格昂贵、维修成本高。且试验机的夹具应适应不同材料、各种形式的试验，而目前夹具对不同材料会产生不易夹持、易断钳口或拉伸过程中产生剥皮问题。
三
发明内容
本实用新型要解决的技术关键，在于设计一种结构合理、运行稳定、测试精度高、切换灵活无冲击、操作方便的万能试验机。
本实用新型由结构主机和电气控制二部分组成结构主机包括位于试验机底部的机座、位于试验机顶部的两个固定横梁、与丝杠相连的一个移动横梁、试验机四角设有连接上、下构成门式框架的四根导向光杠，丝杠位于光杠内侧，通过限位挡圈连接移动横梁，在机座内装有伺服驱动器、伺服马达、减速器、同步齿形带，伺服驱动器控制伺服马达，马达机械连接减速器、减速器轮上设有同步齿形带带动丝杠转动；电气控制包括计算机软件系统、下位机系统、驱动加荷系统，相互间电信号联接，其中计算机与下位机之间的电信号为双向联接。
传动加载系统采用日本松下伺服控制器，驱动器控制伺服电机，然后经减速器、高转矩圆弧齿同步齿形带，带动高精度滚珠丝杠转动，驱动移动横梁实现加载，因此具有传动准确、控制精度高、噪声低等特点。
在移动横梁上安装有负荷传感器，移动横梁和试台构成下空间，即为试验机主要试验空间，当负荷测量范围需要扩展时，在上横梁上安装小负荷传感器、在移动横梁上装夹具座，构成上空间。
选用高精度预紧滚珠丝杠来驱动横梁，可确保横梁在任何加载状态下无机械间隙。
在伺服马达与减速机之间安装机械安全弹性联轴器，可确保伺服马达与减速机之间连接团轴度以及意外机械安全保护。
在大负荷情况下，为防止滚珠丝杠串位，采用双向紧锁。
测量控制系统采用通用计算机控制，结合先进的DSP技术，实行单元化、模块化、标准合化设计，因此测量精度高、控制准确、配置灵活、互换性强。
其中测力单元，采用高精度、高稳定性负荷传感器，和低噪声、低漂移前置放大器和双积分快速A/D转换器。
变形、位移测量单元1.横梁位移采用高精度光电编码器测量，分辨率2×10-4mm；2.小变形(延伸率＜50％)测量采用电子引伸计和A/D转换电路实现，分辨率为7×10-4mm；3.大变形测量采用光电编码器测量。
数据处理与控制软件采用中文Windows2000/XP平台，运行速度快、界面美观、操作简便。
控制单元由计算机和下位机控制系统组成，计算机实现试验参数和条件的输入，并将控制数据下传给下位机控制系统，依此来实现试验加载过程的控制。
四
图1为本实用新型结构示意图图1-2为图1侧视图图2为杯突夹具结构示意图图3为图2A-A剖视图图4为本实用新型电原理图图4-2为控制机柜示意图图5为本实用新型软件流程图在图1中1、机座；2、固定横梁；3、移动横梁；4、导向杠；5、丝杠；6、丝杠罩；7、夹具；8、数字引伸计；9、限位档圈；10、生动控制盒；11、电源开关。
在图2中12、加压活塞；13、垫模；14、压模；15、冲头；16、试样；17、观察镜。
在图3中18、压力表；19、加压手柄。
在图4中20、打印机；21、显示器；22、电子引伸器；23、计算机主机；24、工作台。
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本实用新型结构主机由机座1、两个固定横梁2、一个移动横梁3和四根导向光杠4构成门式框架结构。在机座内装有伺服驱动器、伺服马达、减速器、同步齿形带，伺服驱动器控制伺服马达，经减速器、同步齿形带，带动丝杠转动，然后驱动移动横梁加载。
所述同步齿形带为高转矩圆弧齿同步齿形带。
所述丝杠为高精度预紧丝杠。
在移动横梁3上安装有负荷传感器，移动横梁3和试台面构成下空间，即为试验机主要试验空间。
当负荷测量范围需要扩展时，在上横梁上安装小负荷传感器、在移动横梁3上装夹具座，构成上空间。
在伺服马达与减速机之间安装有机械安全弹性联轴器，以确保同轴度和机械安全。
在大负荷情况下，为防止滚珠丝杠串位，采用双向紧锁。
参考附图2，为适应各种材料、各种形式的试验，夹具设计成杯突形结构。
参考附图4、5，电气控制由计算机软件系统、下位机系统、驱动加荷系统等组成，下位机进行实时数据采集和控制，整机操作全部由计算机来完成，计算机指挥下位机来产生具体的动作，下位机接受到计算机指令后，根据相应的指令进行驱动加荷，测试结束后由计算机进行数据处理，从而输出试验结果。
所述的驱动加荷系统，采用伺服驱动器控制其伺服马达(由日本进口)，经减速机和高转矩圆弧齿同步齿形带，带动高精度滚珠丝杠转动，驱动移动横梁实现加载。
所述的下位机系统，是以8051为核心的单片机系统，采用ISA工业控制总线，采集及控制为单元化设计，均为插卡的形式。插卡分别是A/D转换卡、脉冲计数卡、脉冲输出卡。
A/D转换卡对传感器(负荷传感器、电子引伸计)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。第二级分档放大的倍数由CPU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，CPU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，位移脉冲信号的最高频率为100KHz，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、检测限位信号、输出脉冲清零信号等。
该系统主要完成负荷和电子引伸计传感器信号的放大与A/D的转换、十字头位移的测量、大变形装置的延伸测量、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。
主控CPU通过串行口与计算相连，接收来自计算机的命令。在接收命令以外的空闲状态进行数据采集等处理，包括1.完成传感器信号的转换；2.位移和大延伸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。当接收计算机命令后，查表决定所要执行的动作，有1.电机依据设定速度进行正反转；2.负荷、应变、位移、大延伸、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。
所述的计算机软件系统，其操作平台为中文Windows2000/XP平台下的拉伸、压缩、弯曲、剥离、撕裂、剪切等软件包，其流程框图参考图5。
综上所述，本实用新型能对加荷速度稳定地进行自动控制，控制过程可编程，每个过程无冲击进行切换，计算机进行数据采集和处理，由打印机打印试验结果和试验曲线，具有操作方便、运行稳定、测试精度高等特点。
权利要求1.一种微机控制电子万能试验机，包括结构主机和电气控制，其特征在于a.主机包括位于试验机底部的机座、位于试验机顶部的两个固定横梁、与丝杠相连的一个移动横梁、试验机四角设有连接上、下构成门式框架的四根导向光杠，丝杠位于光杠内侧，通过限位挡圈连接移动横梁，在机座内装有伺服驱动器、伺服马达、减速器、同步齿形带，伺服驱动器控制伺服马达，马达机械连接减速器、减速器轮上设有同步齿形带带动丝杠转动；b.电气控制包括计算机软件系统、下位机系统、驱动加荷系统，相互间电信号联接，其中计算机与下位机之间的电信号为双向联接。
2.据权利要求1所述的微机控制电子万能试验机，其特征在于所述同步齿形带为高转矩圆弧齿同步齿形带。
3.根据权利要求1所述的微机控制电子万能试验机，其特征在于所述丝杠为高精度预紧丝杠，双向紧锁。
4.根据权利要求1所述的微机控制电子万能试验机，其特征在于驱动加荷系统，采用伺服驱动器控制其伺服马达，经减速机和高转矩圆弧齿同步齿形带，带动高精度滚珠丝杠转动，驱动移动横梁实现加载。
5.根据权利要求1所述的微机控制电子万能试验机，其特征在于伺服马达与减速机之间安装有机械安全弹性联轴器。
6.根据权利要求1所述的微机控制电子万能试验机，其特征在于所述的下位机系统，是以8051为核心的单片机系统，采用ISA工业控制总线，采集及控制为单元化设计，均为插卡的形式，插卡分别是A/D转换卡、脉冲计数卡、脉冲输出卡。
7.根据权利要求1所述的微机控制电子万能试验机，其特征在于所述A/D转换卡对传感器(负荷传感器、电子引伸计)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，第二级分档放大的倍数由CPU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，以提高分辨率及测量范围。
8.根据权利要求1所述的微机控制电子万能试验机，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，CPU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，位移脉冲信号的最高频率为100KHz，保证了计数的可靠性。
9.根据权利要求1所述的微机控制电子万能试验机，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、检测限位信号、输出脉冲清零信号等。
专利摘要本实用新型为微机控制电子万能试验机，包括结构主机和电气控制，结构主机包括位于试验机底部的机座、位于试验机顶部的两个固定横梁、与丝杠相连的一个移动横梁、试验机四角设有连接上、下构成门式框架的四根导向光杠，丝杠位于光杠内侧，通过限位挡圈连接移动横梁，在机座内装有伺服驱动器、伺服马达、减速器、同步齿形带，伺服驱动器控制伺服马达，马达机械连接减速器、减速器轮上设有同步齿形带带动丝杠转动；电气控制包括计算机软件系统、下位机系统、驱动加荷系统。能对加荷速度稳定地进行自动控制，控制过程可编程，每个过程无冲击进行切换，适用于各种金属、非金属材料的拉伸、压缩、弯曲、剪切、剥离、撕裂等机械性能的测试和研究，具有操作方便、运行稳定、测试精度高等特点。
文档编号G01N3/00GK2674430SQ0322975
公开日2005年1月26日 申请日期2003年3月25日 优先权日2003年3月25日
发明者李明义, 瞿蒙海, 赵又杰, 张小康, 杨毅, 王龙飞 申请人:上海华龙测试仪器有限公司