CN109855796B - 一种试验机力值自动校准系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于试验机力值校准技术领域，特别涉及一种试验机力值自动校准系统和方法。该系统包括电机控制单元和标准力值传感器，智能单元、数据采集单元和标准测力仪表；所述标准测力仪表与标准力值传感器连接，获取并显示标准力值传感器所测的试验机的实际力值；用于实时采集试验机的实际力值并接收标准测力仪表的示值的数据采集单元分别与智能单元、电机控制单元和标准测力仪表连接；智能单元显示试验机的力值和标准测力仪表的示值以及二者的差值；数据采集单元根据试验机的力值与标准测力仪表的示值差值，控制电机控制单元的运行，最终使得两组数据的误差值在一定范围内，可以实现试验机力值的自动校准。

Description

一种试验机力值自动校准系统和方法

技术领域

本发明属于试验机力值校准技术领域，特别涉及一种试验机力值自动校准系统和方法。

背景技术

试验机是一种测试材料力学性能的仪器，其原理是将试样通过夹持装置夹持到试验机的两个横梁之间，通过电机等动力源提供动力，驱动横梁发生相对运动，直至将试样拉断，从而测试试样在拉伸过程中的力值和变形变化的一类仪器，力值参数的准确性会直接觉得测试结果的准确性，所以力值参数的准确性是影响试验机性能的一项重要指标。

试验机主要由以下几部分组成：动力源、横梁、夹持部分、传动部分、力值传感器、位移传感器等。而试验机的力值参数都是通过力值传感器来测量，试验机内部的测量系统首先将力值传感器的模拟信号通过AD芯片转化为数字信号，然后再使用标准的力值传感器进行校准过程将数字信号转化为实际的力值物理量。同时标准的力值传感器有显示仪表，用来实时显示施加在标准力值传感器上的力值。目前在试验机力值校准过程中普遍采用手动的方式，即人通过实时操纵试验机横梁的快慢，调节施加到传感器上的力值，同时实时观察标准力值传感器的显示仪表和试验机显示界面上显示的力值，计算两者之间的差值，通过修改试验机上相应的参数，最终使得试验机显示界面上显示的力值和标准力值传感器显示仪表上显示的力值误差值在一定范围内，从而完成试验机力值的校准过程，整个过程需要人工操作试验机横梁的移动、同时记录误差值。

随着计算机硬件、软件技术，集成电路技术和控制方法的迅速发展，自动控制技术已经广泛应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等领域，同时自动控制技术也已经在试验机的设计制造过程中非常普遍。相应的标准力值传感器的显示仪表随着工业技术的不断进步也发生了比较大的变化，在原来比较单一的显示和存储仪表基础上增加了多样的通讯方式，方便外界与显示仪表的交互，读取标准测力仪表的示值。

现有技术中，对试验机开展力值校准时都采用手动的方式进行，手动的方式要通过人眼的观察来读取结果和并且通过人工改变试验机横梁的运行速度，不同人的操作可能会得到不同的结果，这样必然会带来人为的误差，手动校准的方式需要人工手动的操作，费时费力，校准效率不高，配备有计算机的自动校准系统的试验机至今还未见报道。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种试验机力值自动校准系统。

本发明的另一个目的是提供使用上述一种自动校准系统的试验机力值自动校准方法。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种试验机力值自动校准系统，包括电机控制单元3和标准力值传感器4，所述电机控制单元3与试验机的伺服电机连接，用于控制试验机的横梁的上下移动，所述标准力值传感器4设置在试验机的横梁和底座的两个夹持部件之间。

该系统进一步包括智能单元1、数据采集单元2和标准测力仪表5。

所述标准测力仪表5与标准力值传感器4连接，获取并显示标准力值传感器4所测的试验机的实际力值。

所述数据采集单元2分别与智能单元1、电机控制单元3和标准测力仪表5连接；数据采集单元2实时采集试验机的实际力值和接收标准测力仪表5输送的标准力值传感器4的力值，并实时计算二者的差值；数据采集单元2根据所述二者的差值，控制电机控制单元3的运行，最终使得所述差值在允许的误差范围内。

所述智能单元1通过超五类的网线连接数据采集单元2。

所述标准测力仪表5通过串口线连接数据采集单元2。

所述智能单元1显示试验机的工作力值、标准力值传感器4所测的试验机的实际力值以及二者的差值。

该试验机的还有显示工作力值的显示界面。

所述智能单元1选自PC机和工控计算机。

一种利用所述的试验机力值自动校准系统的试验机力值自动校准方法，包括如下步骤：

a.智能单元1经数据采集单元2向电机控制单元3发出指令，电机控制单元3接收到指令后，控制试验机的伺服电机按照一定的速度运行，从而带动试验机的横梁按照一定的速度沿纵向运动，给试验机加力；

b.数据采集单元2同时采集试验机的工作力值和标准力值传感器4所测的试验机的实际力值，并实时计算二者的差值；

c.数据采集单元2根据所述二者的差值，调整电机控制单元3的运行，控制相应的试验机控制参数，最终使得所述差值在一定范围内，完成校准。

所述步骤b中，标准力值传感器4的力值经标准测力仪表5输送至数据采集单元2。

所述步骤b中，数据采集单元2将试验机的工作力值和标准力值传感器4所测的试验机的实际力值以及二者的差值输出并显示在智能单元1。

所述步骤c中，如果试验机的工作力值与标准力值传感器4所测的试验机的实际力值之间的差值大于允许的误差，则调整电机控制单元3的参数，进而调整试验机横梁的运行速度，然后再次测量上述二者的力值及其差值，直至二者的差值小于允许的误差。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过智能单元控制数据采集单元，标准测力仪表读取标准力值传感器的示值，数据采集单元同时采集试验机的工作力值，以及通过串口通讯得到的标准力值传感器仪表的示值，根据读取的结果自动控制试验机横梁的运动速度，同时存储计算误差值，可以实现试验机力值的自动校准过程。

附图说明

图1为本发明的试验机力值自动校准系统的结构示意图。

其中的附图标记为：

1 智能单元

2 数据采集单元

3 电机控制单元

4 标准力值传感器

5 标准测力仪表

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

如图1所示，本发明的试验机力值自动校准系统，包括智能单元1、数据采集单元2、电机控制单元3、标准力值传感器4和标准测力仪表5。其中，所述电机控制单元3与试验机的伺服电机连接，用于控制试验机的横梁的上下移动。所述标准力值传感器4设置在试验机的横梁和底座的两个夹持部件之间。

所述智能单元1通过超五类网线与数据采集单元2连接；所述标准测力仪表5通过串口线与数据采集单元2连接；数据采集单元2通过电机控制线与电机控制单元3连接；所述标准力值传感器4与标准测力仪表5连接。

所述智能单元1主要用来显示试验机的力值和标准测力仪表的示值，方便使用人员观察试验机力值和标准力值之间的误差情况。

所述数据采集单元2主要用来采集试验机的力值和接收标准测力仪表5的示值，并将两路的示值通过超五类网线输出给智能单元1，用来实时显示，通过比较两路示值的误差，不断修正试验机力值参数，控制电机控制单元3的运行，最终使得两路示值的误差值在一定范围内。

所述电机控制单元3主要用来接收数据采集单元2的指令，控制试验机的伺服电机的转动，从而驱动试验机的横梁的上下移动。

试验机的显示界面显示其工作力值，所述标准力值传感器4用来测试试验机的实际力值；所述标准测力仪表5用来显示标准力值传感器4的力值示值。

进一步地，智能单元1与数据采集单元2的连接采用标准的TCP/IP通讯协议。标准测力仪表5与数据采集单元2的连接采用标准的RS232协议。

本发明的工作过程如下：

操作人员通过智能单元1经数据采集单元2首先发出指令给电机控制单元3，电机控制单元3接收到命令后控制试验机的伺服电机按照一定的速度运行，从而带动试验机的横梁按照一定的速度沿纵向运动，给位于试验机的横梁和底座的两个夹持部件之间的标准力值传感器4施加力，标准测力仪表5会实时显示标准力值传感器4所测的试验机的实际力值；数据采集单元2同时采集试验机的工作力值，并接收标准测力仪表5通过串口线输出的示值，实时计算两组数据的误差，并将两组数据和计算的误差值通过超五类网线输出给智能单元1用来显示，完成一次校准过程后如果两路计算的误差大于允许的误差范围，则根据计算的误差值调整相应的试验机控制参数，按照上述重新进行试验机力值的校准，直至计算的误差值在允许的误差范围内，至此完成整个试验机力值的校准过程。

本发明所述的试验机力值自动校准系统主要用于试验机力值参数的自动校准过程，避免人工操作带来的人为误差，提高校准过程的准确性，提高校准效率；数据采集单元采集试验机的工作力值，以及通过串口通讯得到标准力值传感器仪表的示值，通过常规的计算方式得到电机控制单元需要的参数，用来控制试验机的伺服电机的运行，从而控制试验机的横梁的运行快慢，减少人工的干预，自动的完成整个校准过程。通过上述过程实现校准过程的自动化，有效提高了校准的效率、准确性和可重复性。

以上仅表达了本发明的部分实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种用于试验机力值自动校准系统的校准方法，所述试验机力值自动校准系统，包括电机控制单元(3)和标准力值传感器(4)，所述电机控制单元(3)与试验机的伺服电机连接，用于控制试验机的横梁的上下移动，所述标准力值传感器(4)设置在试验机的横梁和底座的两个夹持部件之间，其中：

该系统进一步包括智能单元(1)、数据采集单元(2)和标准测力仪表(5)；

所述标准测力仪表(5)与标准力值传感器(4)连接，获取并显示标准力值传感器(4)所测的试验机的实际力值；

所述数据采集单元(2)分别与智能单元(1)、电机控制单元(3)和标准测力仪表(5)连接；数据采集单元(2)实时采集试验机的实际力值和接收标准测力仪表(5)输送的标准力值传感器(4)的力值，并实时计算二者的差值；数据采集单元(2)根据所述二者的差值，控制电机控制单元(3)的运行，最终使得所述差值在允许的误差范围内；其特征在于：

该方法包括如下步骤：

a.智能单元(1)经数据采集单元(2)向电机控制单元(3)发出指令，电机控制单元(3)接收到指令后，控制试验机的伺服电机按照一定的速度运行，从而带动试验机的横梁按照一定的速度沿纵向运动，给试验机加力；

b.数据采集单元(2)同时采集试验机的工作力值和标准力值传感器(4)所测的试验机的实际力值，并实时计算二者的差值；

c.数据采集单元(2)根据所述二者的差值，调整电机控制单元(3)的运行，控制相应的试验机控制参数，最终使得所述差值在一定范围内，完成校准。

2.根据权利要求1所述的试验机力值自动校准方法，其特征在于：所述步骤b中，标准力值传感器(4)的力值经标准测力仪表(5)输送至数据采集单元(2)。

3.根据权利要求1所述的试验机力值自动校准方法，其特征在于：所述步骤b中，数据采集单元(2)将试验机的工作力值和标准力值传感器(4)所测的试验机的实际力值以及二者的差值输出并显示在智能单元(1)。

4.根据权利要求1所述的试验机力值自动校准方法，其特征在于：所述步骤c中，如果试验机的工作力值与标准力值传感器(4)所测的试验机的实际力值之间的差值大于允许的误差，则调整电机控制单元(3)的参数，进而调整试验机横梁的运行速度，然后再次测量上述二者的力值及其差值，直至二者的差值小于允许的误差。