[發明專利]材料彎曲試驗裝置的控制系統和方法

在審

• 申請號: 201810091460.8
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108333059A
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 韓飛;尹洪佩
• 申請（專利權）人: 北方工業大學
• 主分類號: G01N3/20
• 分類號: G01N3/20
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;趙鎮勇

1.一種材料彎曲試驗裝置的控制系統，其特征在于，包括工控機、運動控制卡、伺服驅動器、伺服電機、數據采集卡、力測量模塊、角位移測量模塊；

所述工控機用于運行應用程序，對彎曲角度的變化量和變化率進行控制，采集的數據進行監控和分析；

所述運動控制卡安裝在所述工控機中，通過輸出模擬量和脈沖信號實現對電機的運動控制；

所述伺服驅動器用于驅動所述伺服電機，通過運動控制卡給定的信號，實現電機的運動，伺服電機帶動試驗裝置，實現對試樣的彎曲；

所述力測量模塊與所述數據采集卡相連，用于過載保護以及測量加載在試樣上的彎矩；

所述角位移測量模塊與所述數據采集卡相連，用于測量試樣彎曲的角度；

所述數據采集卡安裝在所述工控機中，用于讀取所述角位移測量模塊和所述力測量模塊返回的信號。

2.根據權利要求1所述的材料彎曲試驗裝置的控制系統，其特征在于，該系統還包括顯示器，顯示器與工控機相連，用于顯示力測量模塊和和角位移測量模塊所測數據以及各數據之間的變化關系。

3.根據權利要求1所述的材料彎曲試驗裝置的控制系統，其特征在于，所述力測量模塊包括扭矩傳感器和拉力傳感器，其中扭矩傳感器能直接測量加載在試樣上的彎矩，拉力傳感器用于過載保護，當拉力值大于給定的最大值時，程序控制電機停止運動。

4.根據權利要求1所述的材料彎曲試驗裝置的控制系統，其特征在于，所述角位移測量模塊包括兩個高精度光電編碼器，用于直接測量試樣彎曲的角度。

5.一種權利要求1至4任一項所述材料彎曲試驗裝置的控制系統實現材料彎曲試驗裝置的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

A、運行在工控機上的應用程序，用戶可輸入試樣的尺寸，并設定試樣的彎曲方向，目標彎曲角度，以及達到目標角度的速率等控制參數；

B、所述運動控制卡將用戶的設定值轉化為模擬信號和脈沖信號，發送給所述伺服驅動器，實現對電機運動的控制；

C、所述力測量模塊將信號發送給所述數據采集卡，運行在所述工控機上的應用程序將信號轉換成精確的扭矩值和拉力值；

D、所述角位移測量模塊將信號發送給所述數據采集卡，運行在所述工控機上的應用程序將信號轉換成精確的角度值和角速度值；

E、所述工控機能進行數據處理，并生成和保存相應的電子表格，實現對材料彎曲應力和彎曲應變關系的分析。

6.根據權利要求5所述的材料彎曲試驗裝置的控制方法，其特征在于，所述輸入試樣的尺寸包括截面的寬度b和高度h，用于計算慣性矩I_z和抗彎,其中抗彎截面系數W_z，其中

7.根據權利要求5所述的材料彎曲試驗裝置的控制方法，其特征在于，所述目標彎曲角度的范圍為0°至180°，彎曲的速率由用戶自行設定，彎曲測試開始前將初始角度標定為0度。

8.根據權利要求5所述的材料彎曲試驗裝置的控制方法，其特征在于，所述扭矩值反映了施加在梁的縱向對稱面的力偶M，使梁產生彎曲變形，拉力值測量的是機械結構關鍵部分承受的拉力值，當拉力大于允許值時系統停止工作，起到過載保護的作用。

9.根據權利要求5所述的材料彎曲試驗裝置的控制方法，其特征在于，所述數據處理能反應數據之間的變化關系，包括不同的彎曲速率下，繪制彎曲角度-試樣兩端彎矩的變化關系、彎曲角度-最大彎曲正應力的變化關系曲線，其中，彎曲角度和彎矩分別由光電編碼器和直接采集，最大彎曲正應力

10.根據權利要求5所述的材料彎曲試驗裝置的控制方法，其特征在于，所述數據處理還包括關鍵數值計算，通過試樣兩端的彎矩和試驗裝置的尺寸計算出最大彎曲正應力并顯示在顯示器上。