CN101738403A

CN101738403A - 用于工业ct实验台的自动加载系统

Info

Publication number: CN101738403A
Application number: CN 200910260154
Authority: CN
Inventors: 赵毅鑫; 赵弘; 姜耀东
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Current assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date: 2009-12-25
Filing date: 2009-12-25
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2029-12-25
Also published as: CN101738403B

Abstract

本发明公开了一种用于工业CT实验台的自动加载系统，包括主控计算设备和位于重金属隔离室内的工业CT实验台，所述工业CT实验台的垂直转台上设置有机械加载装置，所述主控计算设备与所述机械加载装置通过无线网络远程连接，以控制所述工业CT实验台的扫描加载运动。本发明克服了长期以来由于实验台的旋转扫描采用的人力加载的缺陷，可以方便进行不同压力的加载，节省人力、精力、为作业形式、本体动力、检测手段等关键技术的研究开发提供了有利的条件。

Description

用于工业CT实验台的自动加载系统

技术领域

本发明涉及工业计算机断层扫描成像技术，尤其涉及一种用于工业CT实验台的自动加载系统。

背景技术

ICT(Industrial Computed Tomography，工业计算机层析照相或工业计算机断层扫描成像)技术即工业计算机层析照相或称工业计算机断层扫描成像，作为一类先进的无损检测技术，在工业生产中的应用越来越广泛。按射线源CT机可分为γ射线机和X射线机，它的基本原理是：发射射线束对被测工件的某一选定断层层面进行扫描，探测器阵列测定透过工件的射线束强度，并转换成电信号，数据采集系统对电信号经过一系列处理后，获取与扫描透射射线强度成比例的数字化像素阵列数据，最后经过图像重建系统以二维灰度图像形式再现工件扫描断层层面内部结构状况。

目前，针对工业CT扫描运动控制系统已有一些研究。文献“高精度工业CT扫描运动控制系统设计，制造业自动化，1995”提出一种工业CT扫描运动控制系统，该系统采用PC-286微机总线控制，直流力矩伺服电动机和步进电动机分别驱动，构成四坐标计算机控制系统，具有低速、平稳等控制性能。文献“工业CT机床精密运动的网络控制系统应用开发，组合机床与自动化加工技术，2004”针对工业CT所需要的精密运动控制，研究了针对Kollmorgen精密运动产品的开发应用技术并实现。文献“工业CT扫描台高加速运动控制研究，郑州航空工业管理学院学报，2004”选用了科尔摩根公司的产品来完成扫描台的运动控制。其中选用了直接驱动直线伺服电动机、直接驱动旋转电机、伺服电机、驱动器和多轴控制卡。文献“工业X-CT二代扫描运动控制系统及其仿真，重庆大学学报，2003”研制了一套工业X-CT二代扫描运动控制实验装置。利用Matlab开发软件，在时域和频域对系统的响应特性进行仿真，并对其进行一定程度的校正，改善了响应性能。

工业CT机与医用CT机不同，需要实验台旋转进行试样扫描，实验平台尺寸小(直径100mm)，但是要求轴向载荷力最大达到2吨。采用人力千斤顶形式加载可以满足要求，但具有如下缺陷：

第一、只能得到在固定载荷的变形数据；

第二、加载时，须人力多次拆卸，加压，数据也只能采用仪器记录的方式，需要花费大量人力、精力；

第三、人力千斤顶加载时，狭小的空间要求、重量要求，及转台的旋转方式也给作业形式、本体动力、检测手段等关键技术的研制带来了很大难度。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于工业CT实验台的自动加载系统，基于该系统，可以通过远程无线控制，实现连续轴向载荷的加载，最大程度的利用自动控制完成工业CT实验台轴向加载的测试。

本发明用于工业CT实验台的自动加载系统包括：主控计算设备和位于重金属隔离室内的工业CT实验台，所述工业CT实验台的垂直转台上设置有机械加载装置，所述主控计算设备与所述机械加载装置通过无线网络远程连接，以控制所述工业CT实验台的扫描加载运动。

在上述用于工业CT实验台的自动加载系统中，优选所述重金属隔离室内设置有无线接收模块，所述主控计算设备通过有线线缆与所述无线接收模块相连接；所述机械加载装置连接有第一无线收发器，所述主控计算设备内连接有第二无线收发器。

在上述用于工业CT实验台的自动加载系统中，优选所述机械加载装置上还包括传感器和嵌入式处理系统，所述传感器用于实时检测包括加载力、位置的加载状态信号；所述嵌入式处理系统与所述传感器、所述第一无线收发器相连接，用于实现数据的处理和收发。

在上述用于工业CT实验台的自动加载系统中，优选所述主控计算设备的总线上还连接有人机界面模块，用于通过人机交互的方式，接收操作人员发出的控制指令以及显示所述机械加载装置的加载状态。

在上述用于工业CT实验台的自动加载系统中，优选所述主控计算设备为个人计算机。

在上述用于工业CT实验台的自动加载系统中，优选所述嵌入式处理系统为数字信号处理器。

相对于现有技术中，本发明具有如下有益效果：

通过主控计算设备与位于工业CT实验台垂直转台上的机械加载装置远程无线连接的方式，实现了操作人员控制指令与机械加载装置反馈信息之间数据的无线传输；因而，克服了长期以来由于实验台的旋转扫描采用的人力加载的缺陷，可以方便进行不同压力的加载，节省人力、精力、为作业形式、本体动力、检测手段等关键技术的研究开发提供了有利的条件。

附图说明

图1为根据本发明用于工业CT实验台的自动加载系统实施例的简单物理结构示意图；

图2为根据本发明用于工业CT实验台的自动加载系统中，主控计算设备的逻辑模块组成示意图；

图3为根据本发明用于工业CT实验台的自动加载系统中，机械加载装置的简单结构框图；

图4为根据本发明用于工业CT实验台的自动加载系统中，机械加载装置的详细结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1，图1为根据本发明用于工业CT实验台的自动加载系统实施例的简单物理结构示意图。该系统包括：主控计算设备130、位于重金属隔离室120内的工业CT实验台110，所述工业CT实验台的垂直转台上设置有机械加载装置，主控计算设备130与所述机械加载装置远程无线连接，以控制所述工业CT实验台的扫描加载运动。

通过上述技术方案，实现了操作人员控制指令与机械加载装置反馈信息之间数据的无线传输；克服了长期以来由于实验台的旋转扫描采用的人力加载的缺陷，可以方便进行不同压力的加载，节省人力、精力、为作业形式、本体动力、检测手段等关键技术的研究开发提供了有利的条件。

在上述技术方案中，由于隔离室120的隔离墙材料为重金属，因此，对电磁信号有屏蔽作用，主控设备130与工业CT实验台110若实现无线通信，可以采用如下手段：

在隔离室120内设置无线接收模块(例如，可以设置一个小天线)，主控计算设备130通过有线线缆与无线接收模块相连接。利用隔离室120墙体的地下管道，将室内无线接收模块的线缆连通到主控设备130上。并且，在机械加载装置、主控计算设备130上分别连接有连接无线收发器，通过这样的结构，即可实现主控设备130与工业CT实验台110若实现无线通信，从而保证了操作人员控制指令及工业CT实验台的反馈信息的传输。

在此需要说明的是，上述方案只是主控计算设备130与工业CT实验台110实现无线通信的可行的方案中的一种，本实施例仅仅是一个示例性的说明，但本发明并不局限于上述方案。

用于工业CT实验台的自动加载系统实例

下面结合图2和图3进一步对本发明的具体实施方式做详细的说明。

参照图2，图2为根据本发明用于工业CT实验台的自动加载系统实施例中，主控计算设备的逻辑模块组成示意图。包括：人机界面控制模块210、数据处理模块220和无线收发器230。

人机界面控制模块210，用于通过人机交互的方式，接收操作人员发出的控制指令、显示机械加载装置的加载状态参数以实现自动加载仪对各种试样加载状态参数的显示。也就是说，整个主控计算设备是采用人机交互式方法完成的，操作人员可以根据自己掌握的信息进行各种选择。当然，也可以通过计算机对机械加载装置运动扫描进行设计，进而能够提高设计的效率。

举例来说，人机界面控制模块可以包括参数设置模块、显示模块、控制模块。在设置参数时，可以包括电流调节参数设定、速度参数调节，边界值设定和目标设定子模块。显示模块包括图形显示和数值显示，可以显示包括电流参数设定值，速度参数设定值，边界值，实时速度。控制模块包括控制初始化，设定参数清零，开始检测、启动、停止电机，退出系统模块。另外，还可以有报警模块。报警包括高度报警和力报警。

数据处理模块220，一方面，用于将操作人员通过人机界面控制模块发出的指令，生成控制信息，该控制信息通过无线收发器230发送至CT实验台110。另一方面，数据处理模块220可以分析来自于工业CT实验台的加载状态反馈信息，自动绘制出实时加载力曲线，并针对加载状态反馈信息做出进一步的控制决策。从而，完成了对工业CT实验台加载装置的监控和相应的数据处理分析；为采用主控计算设备对机械加载装置运动扫描进行控制提供了依据。

参照图3，图3为根据本发明用于工业CT实验台的自动加载系统中，机械加载装置的简单结构框图。工业CT实验台包括：垂直转台上设置的机械加载装置310、传感器模块320、DSP处理器330、无线接收器340。

其中，垂直转台上设置的机械加载装置310由机械增力结构、电机，减速器等部件构成，通过电机带动减速器，输出轴输出较大扭矩，从而带动机械增力机构上下运动，完成压紧加力，直至试件破坏。传感器模块320包括力传感器、光电编码传感器，用来检测实时加载力信号和位置信号。对于DSP处理器330，一方面可以将主控计算设备发送的控制指令进行处理，输出控制信号，实时控制所述机械加载装置完成对机械加载装置加载头的上下位置运动、加速减速，停止、启动等操作控制；另一方面，也可以接收来自传感器模块320检测获取的力信号和位置信号等信息，该信号反映机械加载装置的加载状态信息；并将加载状态信息发送至反馈至主控计算设备。无线接收器340，可以接收来自于主控设备的、由操作人员发送的控制信息；同时，也可以将DSP处理器330输出的控制信号通过无线网络发送至机械加载装置。

参照图4，图4为根据本发明用于工业CT实验台的自动加载系统中，机械加载装置的详细结构示意图。其中，电机4带动减速器3，输出轴输出较大扭矩，从而带动机械增力机构上下运动，完成压紧加力。传感器模块包括力传感器5、力传感器承载头6，用来检测实时加载力信号和位置信号。

上述实施例相对于现有技术来说，通过主控计算设备与位于工业CT实验台垂直转台上的机械加载装置远程无线连接的方式，实现了操作人员控制指令与机械加载装置反馈信息之间数据的无线传输；因而：

第一、克服了长期以来由于实验台的旋转扫描采用的人力加载的缺陷，节省人力、精力、为作业形式、本体动力、检测手段等关键技术的研究开发提供了有利的条件。

第二、实现了自动加载最大2吨的轴向力载荷，能够解决对试样进行连续加载，远程实时控制，并能绘制加载距离与力变化的变形曲线，进而可以将本发明的方法应用在系统综合设计方面。

第三、操作人员通过主控计算设备下达的控制指令通过通讯接口发送至转台上的机械加载系统，实现控制操作操作。以主控设备为核心，设计友好的人机界面，负责对机械加载设备的监控和相应的数据处理分析。

以上对本发明所提供的用于工业CT实验台的自动加载系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种用于工业CT实验台的自动加载系统，包括主控计算设备和位于重金属隔离室内的工业CT实验台，所述工业CT实验台的垂直转台上设置有机械加载装置，其特征在于，所述主控计算设备与所述机械加载装置通过无线网络远程连接，以控制所述工业CT实验台的扫描加载运动。

2.根据权利要求1所述的用于工业CT实验台的自动加载系统，其特征在于，

所述重金属隔离室内设置有无线接收模块，所述主控计算设备通过有线线缆与所述无线接收模块相连接；

所述机械加载装置连接有第一无线收发器，所述主控计算设备内连接有第二无线收发器。

3.根据权利要求2所述的用于工业CT实验台的自动加载系统，其特征在于，

所述机械加载装置上还包括传感器和嵌入式处理系统，所述传感器用于实时检测包括加载力、位置的加载状态信号；所述嵌入式处理系统与所述传感器、所述第一无线收发器相连接，用于实现数据的处理和收发。

4.根据权利要求3所述的用于工业CT实验台的自动加载系统，其特征在于，

所述主控计算设备的总线上还连接有人机界面模块，用于通过人机交互的方式，接收操作人员发出的控制指令以及显示所述机械加载装置的加载状态。

5.根据权利要求4所述的用于工业CT实验台的自动加载系统，其特征在于，所述主控计算设备为个人计算机。

6.根据权利要求5所述的用于工业CT实验台的自动加载系统，其特征在于，所述嵌入式处理系统为数字信号处理器。