CN203112894U - 动应力-振幅时效模式的振动消除应力系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种除应力系统，具体公开了一种动应力-振幅时效模式的振动消除应力系统，其包括带动工件振动的激振器，其特征在于，还包括分别对工件的应变力及加速度信号进行采集的动态应变测量单元及振动加速度测量单元、分别与该动态应变测量单元及振动加速度测量单元通信连接的数据采集与控制卡，以及与数据采集与控制卡通信连接的控制主机；所述激振器内包括有驱动电机，数据采集与控制卡与该驱动电机电性连接。本实用新型的动应力-振幅时效模式的振动消除应力系统，其采用动应变与振幅相结合的方式，可进行多维多振动型的振动消除残余应力，时效效果得到大幅提高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种除应力系统，尤其涉及一种采用动应变与振幅相结合的方式消除残余应力的系统。
背景技术
现有的亚共振全自动振动时效技术，是通过振动时效设备的控制系统，来控制激振器的转数，带动偏心轮旋转，让工件产生一定振幅、一定周期的交变振动。该过程是通过扫描搜寻工件共振波峰，其波峰的搜寻由加速度传感器采集加速度信号后，进行程序控制完成。
现有的频谱谐波振动时效技术，是采用频谱分析技术，根据谐波叠加原则，选择一组最佳的频率组合，对工件进行振动时效处理，使其在工件中传播一系列方向不同的高低频谐波的振动方法。该过程是通过加速度传感器对加速度信号进行采样、量化得到加速度值，通过控制器对经过采样和量化处理的加速度信号进行低通滤波、加窗处理，使用离散傅立叶变换（DFT：Discrete FourierTransform）对数据进行分析，得到各个频率下的加速度值，从中选出加速度最大的值所对应的频率即为工件的共振频率，其余振幅较大的频率为谐振频率。
因此，现有振动时效技术都是属于振幅时效模式，都是通过一个加速度传感器采集加速度信号，找出需要处理的峰值频率来进行振动时效。该种振动时效技术存在的缺点是：现有振动时效设备只能采集放置加速度传感器位置处的加速度振幅大小，并可通过程序分析识别工件的共振频率，但振幅与动应力之间没有必然联系，所以，现有振动时效设备无法通过加速度传感器来识别工件动应力大小。从振动时效的实质可知，当激振器施加于工件上的动应力与工件本身的残余应力叠加后，达到或超过材料的屈服极限时，工件就会发生微观的塑性变形，同时降低并均化工件内部的残余应力。可见，只有选取足够大的动应力，工件才会产生塑性变形，残余应力才会得到充分释放。在一定范围内动应力越大，被处理工件上产生的应变释放量也越大，消除应力的效果也越好，这是现有振动时效技术所不具备的动应力振幅时效模式技术。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提出一种动应力-振幅时效模式的振动消除应力系统，其采用动应变与振幅相结合的方式，可进行多维多振动型的振动消除残余应力，时效效果得到大幅提高。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种动应力-振幅时效模式的振动消除应力系统，其包括：带动工件振动的激振器，还包括分别对工件的应变力及加速度信号进行采集的动态应变测量单元及振动加速度测量单元、分别与该动态应变测量单元及振动加速度测量单元通信连接的数据采集与控制卡，以及与数据采集与控制卡通信连接的控制主机；所述激振器内包括有驱动电机，数据采集与控制卡与该驱动电机电性连接。
其中，所述动态应变测量单元内包括一动应力传感器，及与该动应力传感器电性连接的动应力测量电路，该动应力测量电路一端与数据采集与控制卡通信连接。
具体的，所述动应力传感器可以为一450角的应变片或450的3维应变花。
本实用新型中，所述振动加速度测量单元内包括一加速度传感器，及与该加速度传感器电性连接的加速度测量电路，该加速度测量电路一端与数据采集与控制卡通信连接。
具体的，所述数据采集与控制卡采用型号可以为PCI7901的32通道模拟信号采集卡。
进一步地，所述控制主机可以采用PC机或工控机，该控制主机可以采用全金属结构，其采用intel双核E2210CPU；该控制主机可以采用15寸的真彩色液晶屏。
本实用新型中，所述驱动电机为一直流电机，该直流电机分别与一光电编码器及直流电机MOSFET驱动模块电性连接，该光电编码器及直流电机MOSFET驱动模块另一端均通过一电机转速控制与测量电路与数据采集与控制卡电性连接。
具体的，所述直流电机MOSFET驱动模块采用PWM驱动模块。
再者，所述电机转速控制与测量电路内包括有一锁相环路，该锁相环路分别与直流电机、PWM驱动模块、数据采集与控制卡电性连接。
本实用新型的动应力-振幅时效模式的振动消除应力系统，其采用动应变与振幅相结合的方式，利用应变片传感器和加速度传感器作为振动时效设备的数据采集，由计算机系统优选出6个频率进行多维多振型的振动时效，致使整个工件任何一处都会有较大的动应力和振幅，可保障其振动时效效果。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型动应力-振幅时效模式的振动消除应力系统一种具体实施例的模块结构示意图；
图2为本实用新型中电机驱动部分的原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型提供一种动应力-振幅时效模式的振动消除应力系统，其包括：带动工件振动的激振器（未图示），还包括分别对工件的应变力及加速度信号进行采集的动态应变测量单元及振动加速度测量单元、分别与该动态应变测量单元及振动加速度测量单元通信连接的数据采集与控制卡30，以及与数据采集与控制卡30通信连接的控制主机40；所述激振器内包括有驱动电机50，数据采集与控制卡30与该驱动电机50电性连接。本实用新型中的动应力振幅时效模式是采用动应变与振幅相结合的方式，利用动态应变测量单元及振动加速度测量单元作为振动时效设备的数据采集，通过控制主机40分析动态应变测量单元及振动加速度测量单元收集的不同频率和动应变间的对应关系并排序，选择最大的前几个动应变值所对应的频率作为振型，进行多维多振型的振动时效，致使整个工件任何一处都会有较大的动应力和振幅，可保障其振动时效效果。
其中，所述动态应变测量单元内包括一动应力传感器12，及与该动应力传感器12电性连接的动应力测量电路14，该动应力测量电路14一端与数据采集与控制卡30通信连接。在本实用新型具体实施例中，所述动应力传感器12可以使用一450角的应变片或450的3维应变花，将该应变片或应变花粘贴在远离激振器处，以对工件的动态应变信号源16进行测量，测量工件的动应变值和动应力。本实用新型用应变片或应变花做传感器来动态采集3维应变值，可将动态应变信号经过动应力测量电路14送入数据采集与控制卡30进行采集处理，并进一步送入控制主机40，该控制主机40可直接显示出工件的动应变及其相位，并通过应力应变关系计算显示出动应力来。
本实用新型中，所述振动加速度测量单元内包括一加速度传感器22，及与该加速度传感器22电性连接的加速度测量电路24，该加速度测量电路24一端与数据采集与控制卡30通信连接。其中，所述加速度传感器22用于对工件的振动加速度信号源26进行测量，以测量工件的加速度值的大小和振幅大小。作为本实用新型的一种选择性实施例，所述动应力测量电路14和加速度测量电路24分别可以采用申请号为200810018780.7，名称为一种新型振动时效的方法中提到的动应力测量电路和加速度测量电路。
在本实用新型具体实施例中，所述数据采集与控制卡30可以采用型号可以为PCI7901的32通道高速、高精度的模拟信号采集卡。
进一步地，所述控制主机40可以采用PC机或工控机，该控制主机40可以采用进口工控机机箱，其采用全金属结构及表面硬阳极氧化处理，可在任何恶劣环境（接地回路、公共阻抗路径/电场耦合、静电放电、电力线路传导放射和其它辐射）安全高效地完成移动工作。同时，本实用新型的控制主机40优选采用intel双核E2210 CPU，其主频为2.2GHz，具有1G的金士顿内存条，160G大容量的硬盘。该控制主机40内部采用美国国家仪器（NI：National Instruments）公司的LabWindows/CVI软件开发技术，对振幅、谐振频率、最大应变进行数据采样，确定最佳6组频率进行振动时效处理。本实用新型中，所述控制主机40还可以采用15寸的真彩色液晶屏作为软件运行界面，能够清晰地显示曲线、图表和数据，有野外操作遮光装置。
本实用新型中，所述驱动电机50为一直流电机，该直流电机分别与一光电编码器51及直流电机金氧半场效晶体管（MOSFET：Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor）驱动模块52电性连接，该光电编码器51及直流电机MOSFET驱动模块52另一端均通过一电机转速控制与测量电路53与数据采集与控制卡30电性连接。具体的，本实用新型中所述的直流电机MOSFET驱动模块52可以采用脉冲宽度调制（PWM：Pulse Width Modulation）驱动模块52’（图2所示），图2中的F代表驱动脉冲信号。在本实用新型具体实施例中，所述电机转速控制与测量电路53内包括有一锁相环路（PLL：Phase-Locked Loop）54，该锁相环路54分别与直流电机、PWM驱动模块52’、数据采集与控制卡30电性连接。其中，数据采集与控制卡30向PWM驱动模块52’发送驱动脉冲信号F，所述锁相环路54是一种反馈电路，其可以实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，当输出信号的频率与输入信号的频率相等时，输出电压与输入电压保持固定的相位差值，即输出电压与输入电压的相位被锁住。
综上所述，本实用新型动应力-振幅时效模式的振动消除应力系统，其采用动应力传感器12和加速度传感器22进行数据采集，通过控制主机40动应力传感器12收集的不同频率和动应变间的对应关系并排序，选择最大的前几个动应变值所对应的频率作为振型，再通过电机转速控制与测量电路53输出控制信号调整激振器的驱动电机50，使激振器以上述的频率振动直至完成时效。因为工件振动时的固有频率与工件残余应力有一定关系，所以还需要通过加速度传感器22搜寻出工件振动的几个峰值频率，作为振型。同时，若只采用动应力传感器12检测动应变，不考虑加速度值的大小，其时效处理也不完美。因为加速度传感器22可通过计算处理得出谐波峰值所对应的谐振频率，而工件振动时的固有频率与工件残余应力有一定关系，所以还需要通过加速度传感器22搜寻出工件振动的几个峰值频率，作为振型，因此必须采用动应变与振幅相结合的方式，得出振动时效处理频率。由于所选频率对应的数据都是动应力大或振幅加速度值大，因此使其时效效果可大幅提高。在本实用新型具体实施例中，可以由控制主机40优选出6个频率进行多维多振型的振动时效。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种动应力-振幅时效模式的振动消除应力系统，包括带动工件振动的激振器，其特征在于，还包括分别对工件的应变力及加速度信号进行采集的动态应变测量单元及振动加速度测量单元、分别与该动态应变测量单元及振动加速度测量单元通信连接的数据采集与控制卡，以及与数据采集与控制卡通信连接的控制主机；所述激振器内包括有驱动电机，数据采集与控制卡与该驱动电机电性连接。
2.如权利要求1所述的动应力-振幅时效模式的振动消除应力系统，其特征在于，所述动态应变测量单元内包括一动应力传感器，及与该动应力传感器电性连接的动应力测量电路，该动应力测量电路一端与数据采集与控制卡通信连接。
3.如权利要求2所述的动应力-振幅时效模式的振动消除应力系统，其特征在于，所述动应力传感器为一450角的应变片或450的3维应变花。
4.如权利要求2所述的动应力-振幅时效模式的振动消除应力系统，其特征在于，所述振动加速度测量单元内包括一加速度传感器，及与该加速度传感器电性连接的加速度测量电路，该加速度测量电路一端与数据采集与控制卡通信连接。
5.如权利要求4所述的动应力-振幅时效模式的振动消除应力系统，其特征在于，所述数据采集与控制卡采用型号为PCI7901的32通道模拟信号采集卡。
6.如权利要求5所述的动应力-振幅时效模式的振动消除应力系统，其特征在于，所述控制主机采用PC机或工控机，该控制主机采用全金属结构，其采用intel双核E2210CPU。
7.如权利要求1所述的动应力-振幅时效模式的振动消除应力系统，其特征在于，所述控制主机采用15寸的真彩色液晶屏。
8.如权利要求1所述的动应力-振幅时效模式的振动消除应力系统，其特征在于，所述驱动电机为一直流电机，该直流电机分别与一光电编码器及直流电机MOSFET驱动模块电性连接，该光电编码器及直流电机MOSFET驱动模块另一端均通过一电机转速控制与测量电路与数据采集与控制卡电性连接。
9.如权利要求8所述的动应力-振幅时效模式的振动消除应力系统，其特征在于，所述直流电机MOSFET驱动模块采用PWM驱动模块。
10.如权利要求9所述的动应力-振幅时效模式的振动消除应力系统，其特征在于，所述电机转速控制与测量电路内包括有一锁相环路，该锁相环路分别与直流电机、PWM驱动模块、数据采集与控制卡电性连接。
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Denomination of utility model: Vibration stress relief system in dynamic stress-amplitude aging mode Effective date of registration: 20151112 Granted publication date: 20130807 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited by Share Ltd Chengdu Jinniu branch Pledgor: Chengdu Hai Xun Scientific and Technical Industry Co., Ltd Registration number: 2015990000993 |
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Effective date of registration: 20180918 Granted publication date: 20130807 |
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| PP01 | Preservation of patent right | ||
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