專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種高精度顯微疲勞試驗(yàn)機(jī)的制作方法一種高精度顯微疲勞試驗(yàn)機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及試驗(yàn)機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域：
。具體的說(shuō)，是一種高精度顯微疲勞試驗(yàn)機(jī)。
背景技術(shù)：
：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)電技術(shù)的發(fā)展，顯微疲勞試驗(yàn)機(jī)的不足和局限性曰益凸現(xiàn)，主要體現(xiàn)在幾個(gè)地方動(dòng)力源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制精度低；圖像采集和控制軟件是基于DOS系統(tǒng)編制，不僅運(yùn)算和控制響應(yīng)較慢，而且已不能在WINDOWS平臺(tái)上運(yùn)行；力傳感器的準(zhǔn)確性和靈敏度較低。具體體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。(1)動(dòng)力系統(tǒng)原來(lái)的顯微疲勞試驗(yàn)機(jī)的加載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大，載荷大小調(diào)節(jié)及頻率調(diào)節(jié)十分不便捷，由于液壓系統(tǒng)中的油有一定粘度，所以在傳遞力時(shí)會(huì)有一定的滯后效應(yīng)，載荷在調(diào)節(jié)時(shí)控制精度低，調(diào)節(jié)有一定的滯后時(shí)間，而且液壓油容易泄漏，污染環(huán)境；(2)控制軟件原顯微疲勞控制軟件是在上世紀(jì)90年代個(gè)人計(jì)算機(jī)還不是很普及的情況下開(kāi)發(fā)的，軟件的源程序由C語(yǔ)言編寫(xiě)，并在DOS環(huán)境下運(yùn)行；由于是DOS環(huán)境下運(yùn)行，軟件的操作相對(duì)較繁瑣，需要相關(guān)的程序、文件在同一目錄下，程序的界面交互性不好；受內(nèi)存和硬盤(pán)的限制，試驗(yàn)不能處理和存儲(chǔ)很大數(shù)據(jù)量，對(duì)于載荷的采集精度不高，無(wú)對(duì)動(dòng)載荷曲線(xiàn)的自動(dòng)調(diào)整功能，程序也無(wú)法完成對(duì)載荷大小的控制，除此之外原控制程序用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，程序的可讀性受編程人員的編程風(fēng)格影響很大，所以程序不易被他人讀懂，可維護(hù)性不高，不利于后繼人員的升級(jí)改造；(3)力傳感器最初的力傳感器是發(fā)明人的試驗(yàn)室設(shè)計(jì)制作，至今已可靠運(yùn)行有十余年;但由于長(zhǎng)時(shí)間的服役運(yùn)行也給現(xiàn)在的使用帶來(lái)的問(wèn)題，主要表現(xiàn)為(1)應(yīng)變片和粘結(jié)劑老化，造成傳感器靈敏度和可靠性的下降；(2)電路及接線(xiàn)設(shè)計(jì)自行研制，不具備可通用性；(3)傳感器信號(hào)輸出不標(biāo)準(zhǔn)，增大后繼開(kāi)發(fā)的難度；(4)傳感器密封性不好，不能有效防塵，造成精度的降低；顯微疲勞試驗(yàn)方法要能連續(xù)地觀(guān)測(cè)在疲勞載荷作用下試樣表面微觀(guān)形貌的細(xì)微變化；因此，疲勞試驗(yàn)既要對(duì)試樣施加疲勞載荷，又能同時(shí)顯示試樣表面的微觀(guān)形貌；試驗(yàn)要可以容易地停止下來(lái)，并繼續(xù)進(jìn)行下去；載荷的大小要易于控制，微觀(guān)形貌的圖片采集存儲(chǔ)要易于操作，在試驗(yàn)過(guò)程中還要保證試驗(yàn)的可靠性，盡量減少人為干擾因素。中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN2694257公開(kāi)了等諧振式數(shù)字化高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)，其將電機(jī)固定在托盤(pán)上，電機(jī)連接有減速器，減速器上裝有軟軸，軟軸通過(guò)傳動(dòng)帶連接絲桿，在托盤(pán)的四個(gè)角上分別裝有減振彈簧，減振彈簧的頂端固定在臺(tái)面底部。中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN101101247公開(kāi)了一種數(shù)字式自適應(yīng)電液疲勞試驗(yàn)機(jī)，由液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成；其中液壓系統(tǒng)包括泵站、伺服閥、液壓缸和液壓管路；控制系統(tǒng)包括數(shù)字控制器、力和位移傳感器、功率放大器和A/D、D/A轉(zhuǎn)換器；控制系統(tǒng)分別設(shè)置力控系統(tǒng)和位置控制系統(tǒng)，兩者可以無(wú)縫切換；控制系統(tǒng)中的數(shù)字控制器采用工控機(jī)，在數(shù)字控制器中采用了自適應(yīng)調(diào)節(jié)方法；力控系統(tǒng)采用了增益自整定方法；控制系統(tǒng)中傳感器的信號(hào)調(diào)理采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN200965490公開(kāi)了機(jī)械式橡膠球鉸疲勞試驗(yàn)機(jī)，其包括機(jī)架，異步電動(dòng)機(jī)，一級(jí)齒輪變速箱，往返振動(dòng)機(jī)構(gòu)，連軸器，工作臺(tái)，電動(dòng)機(jī)支座，載荷傳感器，試驗(yàn)機(jī)底座，異步電動(dòng)機(jī)采用工業(yè)供電系統(tǒng)和變頻調(diào)速裝置可切換供電的異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，齒輪變速箱為一級(jí)齒輪變速箱減速，往返振動(dòng)機(jī)構(gòu)采用曲柄連桿裝置驅(qū)動(dòng)可調(diào)節(jié)偏心距的偏心加載組件機(jī)構(gòu)，試驗(yàn)載荷是通過(guò)偏心加載組件機(jī)構(gòu)帶動(dòng)繞固定支點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的零位調(diào)整加載連桿，驅(qū)動(dòng)橡膠球鉸外套作上下方向的直線(xiàn)往復(fù)振動(dòng)完成的直線(xiàn)往復(fù)振動(dòng)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)橡膠球鉸在徑向做往返振動(dòng)完成的。中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN201016905公開(kāi)了一種疲勞試驗(yàn)機(jī)，其導(dǎo)軌(7)下端固定于機(jī)座(1)上，上端與機(jī)架(6)固定連接；上夾持器(9)與機(jī)架(6)固定連接，下夾持器(11)滑動(dòng)安裝在導(dǎo)軌(7)上；與主電機(jī)(3)傳動(dòng)連接的傳動(dòng)輪(5)的輪軸連接曲柄(13)，與曲柄(13)配合的連桿(12)的另一端與下夾持器(ll)連接。中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN1072260公開(kāi)了一種低頻疲勞試驗(yàn)機(jī)，其采用彈簧配重調(diào)心和組合調(diào)速的機(jī)械式設(shè)備。中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN2283847公開(kāi)了彈簧疲勞試驗(yàn)機(jī)，包括機(jī)架、上、下夾板及其固定螺栓、質(zhì)量鐵塊以及驅(qū)動(dòng)頭構(gòu)成，受試驗(yàn)彈簧裝置于夾板及質(zhì)量鐵塊之間，在機(jī)架上裝置驅(qū)動(dòng)頭，驅(qū)動(dòng)頭是由鐵芯及其激磁線(xiàn)圈構(gòu)成，鐵芯一端裝于機(jī)架上，另一端插入激磁線(xiàn)圈，激磁線(xiàn)圈中心線(xiàn)與質(zhì)量鐵塊面垂直。中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN2404115公開(kāi)了一種變載荷沖擊性低周疲勞試驗(yàn)機(jī)，其包括工作氣缸(4)、鋼絲牽引裝置、砝碼重錘、控制臺(tái)等組成，工作氣缸為可調(diào)緩沖氣缸(4)、工作氣缸的氣路上設(shè)有電磁換向閥(5)、質(zhì)量流量控制器(14)和調(diào)速閥，砝碼重錘(8)底部設(shè)有傳感器(10)，傳感器和控制臺(tái)設(shè)有信號(hào)線(xiàn)連接，控制臺(tái)設(shè)有控制線(xiàn)連接電磁換向閥(5)的電磁控制端。目前未見(jiàn)采用伺服電機(jī)控制系統(tǒng)與機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的疲勞試驗(yàn)機(jī)的報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高精度顯微疲勞試驗(yàn)機(jī)。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種高精度顯微疲勞試驗(yàn)機(jī)，包括試驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)、伺服電機(jī)控制系統(tǒng)和機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)；伺服電機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)多功能數(shù)據(jù)采集卡與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)相連，伺服電機(jī)與減速機(jī)相連，減速機(jī)與實(shí)驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)中的絲杠相連，絲杠通過(guò)滑塊與夾具相連，夾具中的試樣與偏振光顯微鏡相連，偏振光顯微鏡與攝像機(jī)相連，攝像機(jī)通過(guò)圖像采集卡在人機(jī)界面監(jiān)測(cè)顯示；所述的伺服電機(jī)控制系統(tǒng)，包括伺服電機(jī)、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、編碼器、力傳感器、信號(hào)調(diào)理電路板、多功能數(shù)據(jù)采集卡；伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)端子將電流輸出給伺服電機(jī)，伺服電機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，編碼器接在伺服電機(jī)后面，通過(guò)編碼器反饋信號(hào)反饋給伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)控制器接口接收PC機(jī)的多功能數(shù)據(jù)采集卡的信號(hào)，進(jìn)而控制伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)；信號(hào)調(diào)理電路板連接伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和多功能數(shù)據(jù)采集卡，同時(shí)還接收力傳感器的反饋信號(hào)給PC機(jī)；其中，所述的伺服電機(jī)和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器之間的控制電路，包括電源接口和編碼器接口，在伺服電機(jī)上配了2500p/r增量型編碼器，編碼器的A相、B相、Z相信號(hào)，均采用差分方式輸出，使得伺服電機(jī)和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器之間距離達(dá)到20米；所述的伺服電機(jī)與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的連接，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)端子u、V、W和接地線(xiàn)與伺服電機(jī)連接，給伺服電機(jī)輸入三相交流電流；伺服電機(jī)控制系統(tǒng)作為疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)，主要完成PC機(jī)對(duì)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制、采集伺服驅(qū)動(dòng)器反饋信號(hào)、試樣受力信號(hào)的采集及閉環(huán)控制算法，信號(hào)調(diào)理電路主要完成對(duì)力傳感器輸出的差分模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)理和轉(zhuǎn)換，使之可以被數(shù)據(jù)采集卡接受，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；所述的試驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)，包括一套防震試驗(yàn)平臺(tái)、加載臺(tái)、X、Y和水平方向微調(diào)裝置；加載臺(tái)通過(guò)螺釘連接于防震臺(tái)上，夾具位于加載臺(tái)上，來(lái)保證加載時(shí)受力拉伸方向平行于試樣表面，X、Y和水平方向微調(diào)裝置來(lái)調(diào)節(jié)加載臺(tái)的位置；試驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一方面是為了充分發(fā)揮顯微鏡應(yīng)有的特性，達(dá)到滿(mǎn)意的成像要求；另一方面的要點(diǎn)是保持對(duì)試樣的水平軸向加載，避免產(chǎn)生彎矩；所述的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，含有偏振光顯微鏡、卣素?zé)艄庠?、攝像機(jī)、圖像采集卡、PC機(jī)，人機(jī)界面監(jiān)測(cè)顯示以及圖像處理軟件；其中，鹵素?zé)艄庠窗惭b在裝夾的試樣上方，攝像機(jī)裝在偏振光顯微鏡目鏡處拍攝金相表面圖像，然后將拍攝的模擬視頻信號(hào)通過(guò)屏蔽線(xiàn)連接到安裝于PC機(jī)上的，將視頻采集卡的模擬視頻信號(hào)輸入，完成AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)圖像處理軟件進(jìn)行處理；機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)試樣疲勞裂紋區(qū)域的圖像放大、采集、程序中視頻顯示、圖像抓取和圖像處理等；顯微鏡對(duì)試樣的放大倍數(shù)、總放大倍數(shù)及試樣表面尺寸觀(guān)察范圍如表1所示，放大后的試樣經(jīng)模擬攝像機(jī)的拍攝形成連續(xù)的視頻流，經(jīng)圖像采集卡A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，再經(jīng)計(jì)算機(jī)軟件的圖像采集在計(jì)算機(jī)程序中顯示視頻圖像；抓取有用的圖像，通過(guò)圖像處理軟件包對(duì)裂紋長(zhǎng)度精確測(cè)量，并與試樣受力循環(huán)次數(shù)、最大力值、最小力值、受力頻率及拍攝時(shí)間等存入圖像中，為以后的研究做準(zhǔn)備。在軟件的幫助下，計(jì)算機(jī)可以自動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)給試樣施加事先設(shè)定好的疲勞載荷，可以改變疲勞載荷頻率，并自動(dòng)地、動(dòng)態(tài)地采集疲勞載荷，并將載荷以動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)方式顯示在顯示器上，便于實(shí)驗(yàn)者觀(guān)察試樣受力狀況，并可在一定范圍內(nèi)對(duì)載荷進(jìn)行微調(diào)。計(jì)算機(jī)自動(dòng)尋找循環(huán)一周內(nèi)的最大、最小載荷；自動(dòng)計(jì)數(shù)循環(huán)周次，并把這些數(shù)據(jù)顯示在顯示器上。在圖像方面，一個(gè)窗口顯示顯微鏡下的實(shí)時(shí)成像，能夠隨時(shí)觀(guān)察動(dòng)態(tài)視頻，也能夠隨時(shí)拍攝采集圖像；另一個(gè)窗口作為比較窗口，可以調(diào)用以前存儲(chǔ)圖像。當(dāng)需要時(shí)可以將圖像保存到硬盤(pán)上。本發(fā)明一種高精度顯微疲勞試驗(yàn)機(jī)的積極效果是(1)本發(fā)明可以設(shè)定疲勞載荷，加載頻率，可動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)采集圖片，觀(guān)察試樣的細(xì)觀(guān)組織變化，且整個(gè)試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)容易，高效節(jié)能；(2)—方面利用機(jī)器視覺(jué)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工檢測(cè)，極大的減輕了人工檢測(cè)的壓力，提高了產(chǎn)品的檢測(cè)質(zhì)量和檢測(cè)速度；(3)采用伺服電機(jī)控制金屬試樣的拉伸與壓縮，較原系統(tǒng)通過(guò)液壓活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)加載的模式相比，驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)小巧，無(wú)漏油污染現(xiàn)象，對(duì)維護(hù)和保養(yǎng)要求低，系統(tǒng)工作可靠，控制精度高，穩(wěn)定性高，效率高，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電流和功耗??；(4)該系統(tǒng)采用普通PC機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、視頻采集卡、攝像機(jī)以及基于LabVIEW虛擬儀器平臺(tái)開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序軟件，實(shí)現(xiàn)了載荷控制及圖像、數(shù)據(jù)采集；這套軟件的完成實(shí)現(xiàn)了比以前更高程度的自動(dòng)化，完成以前靠實(shí)驗(yàn)人員完成的工作。圖l本發(fā)明的總體框架；圖2伺服電機(jī)控制系統(tǒng)的示意圖。圖中各標(biāo)號(hào)分別為l\伺服電機(jī)，2、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，3、編碼器，4、編碼器反饋信號(hào)，5、控制器接口，6、端子，7、輸入電源，8、220V電壓，9、信號(hào)調(diào)理電路板，10、力傳感器，11、多功能數(shù)據(jù)采集卡，12、PC機(jī)。具體實(shí)施方式以下提供本發(fā)明一種高精度顯微疲勞試驗(yàn)機(jī)的具體實(shí)施方式。請(qǐng)參見(jiàn)圖l，一種高精度顯微疲勞試驗(yàn)機(jī)，包括試驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)、伺服電機(jī)控制系統(tǒng)和機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)；伺服電機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)多功能數(shù)據(jù)采集卡11與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2相連，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)1，伺服電機(jī)l與減速機(jī)相連，減速機(jī)帶動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)的絲杠，絲杠帶動(dòng)夾具拉伸試樣，實(shí)現(xiàn)各種疲勞加載模式，試樣表面出現(xiàn)微觀(guān)變化，通過(guò)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的偏振光顯微鏡放大后，并經(jīng)攝像機(jī)采集視頻圖像，通過(guò)圖像采集卡在計(jì)算機(jī)上顯示，然后由圖像處理軟件測(cè)量出微觀(guān)裂紋的尺寸；請(qǐng)參見(jiàn)圖l，所述的試驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)，包括一套防震試驗(yàn)平臺(tái)、加載臺(tái)、X、Y和水平方向微調(diào)裝置，試樣夾頭，滑塊；加載臺(tái)通過(guò)螺釘連接于防震臺(tái)上，夾具位于加載臺(tái)上，來(lái)保證加載時(shí)受力拉伸方向平行于試樣表面，X、Y和水平方向微調(diào)裝置來(lái)調(diào)節(jié)加載臺(tái)的位置；此部分的設(shè)計(jì)一方面是為了^分發(fā)揮顯微鏡應(yīng)有的特性，達(dá)到滿(mǎn)意的成像要求；另一方面的要點(diǎn)是保持對(duì)試樣的水平軸向加載，避免產(chǎn)生彎矩；請(qǐng)參見(jiàn)圖2，所述的伺服電機(jī)控制系統(tǒng)，包括伺服電機(jī)l、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2、編碼器3、力傳感器10、信號(hào)調(diào)理電路板9、多功能數(shù)據(jù)采集卡11及PC機(jī)12;伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2通過(guò)端子6將電流輸出給伺服電機(jī)1，伺服電機(jī)1進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，編碼器3接在伺服電機(jī)1后面，通過(guò)編碼器反饋信號(hào)4反饋給伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2;伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2通過(guò)控制器接口5接收PC機(jī)10的多功能數(shù)據(jù)采集卡11的信號(hào)，進(jìn)而控制伺服電機(jī)1運(yùn)動(dòng)；信號(hào)調(diào)理電路板9連接伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2和多功能數(shù)據(jù)采集卡11，同時(shí)還接收力傳感器10的反饋信號(hào)給PC機(jī)12;其中，所述的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2的輸入電源7為單相220V電壓8，控制電源也為單相220V電壓；所述的編碼器3是伺服電機(jī)1自帶的，實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，通過(guò)編碼器反饋信號(hào)4反饋給伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2;所述的伺服電機(jī)1和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2之間的控制電路，包括電源接口和編碼器接口，在伺服電機(jī)上配了2500p/r增量型編碼器，用于伺服電機(jī)1內(nèi)部位置反饋閉環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2對(duì)伺服電機(jī)1的精確控制，編碼器的A相、B相、Z相信號(hào)，均采用差分方式輸出，使得伺服電機(jī)和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器之間距離可以達(dá)到20米；與伺服電機(jī)匹配的驅(qū)動(dòng)器型號(hào)為MBDDT2210;所述的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2，其控制器接口與信號(hào)調(diào)理電路板通信，對(duì)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2選擇三種控制方式為位置控制、速度控制和轉(zhuǎn)矩控制；所述的伺服電機(jī)1與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2的連接，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2通過(guò)端子6U、V、W和接地線(xiàn)與伺服電機(jī)1連接，給伺服電機(jī)1輸入三相交流電流，此三相交流電流的頻率、相位及幅值由驅(qū)動(dòng)器內(nèi)高速DSP芯片算出，以精確控制伺服電機(jī)1轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩，它們是實(shí)時(shí)變化的，之間沒(méi)有確定的幅值相位關(guān)系，不能通過(guò)互換接線(xiàn)來(lái)使伺服電機(jī)1反轉(zhuǎn)；所述的信號(hào)調(diào)理電路板9，傳感器的正端由5V供電，負(fù)端接地，根據(jù)所采用的傳感器的輸出靈敏度》3mV/V士F。，傳感器輸出的差分電壓值大約為土15mV，由于傳感器輸出的電壓信號(hào)太小，未能達(dá)到A/D轉(zhuǎn)換芯片的滿(mǎn)量程，影響A/D轉(zhuǎn)換的精度和靈敏度，故需要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路將微小的電壓信號(hào)放大，以達(dá)到多功能數(shù)據(jù)采集卡11的滿(mǎn)量程輸入電壓；所述的多功能數(shù)據(jù)采集卡11，選自美國(guó)國(guó)家儀器公司的M系歹U多功能數(shù)據(jù)采集卡PCI6221，有16路數(shù)字量輸入輸出，2路模擬量輸出，16路模擬量輸入和兩個(gè)定時(shí)器計(jì)數(shù)器；所述的力傳感器10，選自TranscellTechnology公司的S型Bss系列稱(chēng)重傳感器，其非線(xiàn)性誤差高達(dá)土0.03yoRS，滿(mǎn)足載荷測(cè)試的精度要求；所述的伺服電機(jī)1，其輸出狀態(tài)可以經(jīng)多功能數(shù)據(jù)采集卡11，在程序的前面板顯示，這樣就可以直觀(guān)地看到伺服電機(jī)l的實(shí)時(shí)狀態(tài)；伺服電機(jī)控制系統(tǒng)作為疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)，主要完成PC機(jī)12對(duì)伺服電機(jī)1的運(yùn)動(dòng)控制、采集伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器2反饋信號(hào)、試樣受力信號(hào)的采集及閉環(huán)控制算法，信號(hào)調(diào)理電路板9主要完成對(duì)力傳感器10輸出的差分模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)理和轉(zhuǎn)換，使之可以被多功能數(shù)據(jù)采集卡ll接受，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；請(qǐng)參見(jiàn)圖l，所述的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，包括偏振光顯微鏡、鹵素?zé)艄庠?、攝像機(jī)、圖像采集卡、PC機(jī)12，人機(jī)界面監(jiān)測(cè)顯示以及圖像處理軟件；其中，鹵素?zé)艄庠囱b在裝夾的試樣上方，為偏振光顯微鏡提供光源，而模擬攝像機(jī)裝在偏振光顯微鏡目鏡處拍攝金相表面圖像，然后將拍攝的模擬視頻信號(hào)通過(guò)屏蔽線(xiàn)連接到安裝于PC機(jī)上的，Angel024視頻采集卡的模擬視頻信號(hào)輸入端，完成AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)labview軟件獲得圖像，然后通過(guò)labview的vision模塊進(jìn)行圖像各種處理；機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)試樣疲勞裂紋區(qū)域的圖像放大、采集、程序中視頻顯示、圖像抓取和圖像處理等；顯微鏡對(duì)試樣的放大倍數(shù)、總放大倍數(shù)及試樣表面尺寸觀(guān)察范圍如表1所示，放大后的試樣經(jīng)模擬攝像機(jī)的拍攝形成連續(xù)的視頻流，經(jīng)圖像采集卡A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，再經(jīng)計(jì)算機(jī)軟件的圖像采集在計(jì)算機(jī)程序中顯示視頻圖像；抓取有用的圖像，通過(guò)圖像處理軟件包對(duì)裂紋長(zhǎng)度精確測(cè)量，并與試樣受力循環(huán)次數(shù)、最大力值、最小力值、受力頻率及拍攝時(shí)間等存入圖像中，為以后的研究做準(zhǔn)備。表1顯微疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)的放大倍數(shù)和所能觀(guān)察試樣表面尺寸范圍一覽表<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.一種高精度顯微疲勞試驗(yàn)機(jī)，包括試驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)、伺服電機(jī)控制系統(tǒng)和機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)；其特征在于，伺服電機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)多功能數(shù)據(jù)采集卡與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)相連，伺服電機(jī)與減速機(jī)相連，減速機(jī)與實(shí)驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)中的絲杠相連，絲杠通過(guò)滑塊與夾具相連，夾具中的試樣與偏振光顯微鏡相連，偏振光顯微鏡與攝像機(jī)相連，攝像機(jī)通過(guò)圖像采集卡在人機(jī)界面監(jiān)測(cè)顯示。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度顯微疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于，所述的伺服電機(jī)控制系統(tǒng)，包括伺服電機(jī)、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、編碼器、力傳感器、信號(hào)調(diào)理電路板和多功能數(shù)據(jù)采集卡；伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)端子將電流輸出給伺服電機(jī)，編碼器連接在伺服電機(jī)后面，通過(guò)編碼器反饋信號(hào)反饋給伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)控制器接口接收PC機(jī)的多功能數(shù)據(jù)采集卡的信號(hào)；信號(hào)調(diào)理電路板連接伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和多功能數(shù)據(jù)采集卡，同時(shí)還接收力傳感器的反饋信號(hào)給PC機(jī)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高精度顯微疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于，所述的伺服電機(jī)和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器之間的控制電路，包括電源接口和編碼器接口，在伺服電機(jī)上配了2500p/r增量型編碼器，編碼器的A相、B相、Z相信號(hào)，均采用差分方式輸出，使得伺服電機(jī)和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器之間距離達(dá)到20米。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高精度顯微疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于，所述的伺服電機(jī)與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的連接，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)端子U、V、W和接地線(xiàn)與伺服電機(jī)連接，給伺服電機(jī)輸入三相交流電流。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度顯微疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于，所述的試驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)，包括一套防震試驗(yàn)平臺(tái)、加載臺(tái)、X、Y和水平方向微調(diào)裝置；加載臺(tái)通過(guò)螺釘連接于防震臺(tái)上，夾具位于加載臺(tái)上，X、Y和水平方向微調(diào)裝置來(lái)調(diào)節(jié)加載臺(tái)的位置。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度顯微疲勞試驗(yàn)機(jī)，其特征在于，所述的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，包括偏振光顯微鏡、鹵素?zé)艄庠础z像機(jī)、圖像采集卡、PC機(jī)，人機(jī)界面監(jiān)測(cè)顯示以及圖像處理軟件；其中，鹵素?zé)艄庠窗惭b在裝夾的試樣上方，攝像機(jī)裝在偏振光顯微鏡目鏡處，然后將拍攝的模擬視頻信號(hào)通過(guò)屏蔽線(xiàn)連接到PC機(jī)上，將視頻采集卡的模擬視頻信號(hào)輸入，完成AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再通過(guò)圖像處理軟件進(jìn)行處理。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種高精度顯微疲勞試驗(yàn)機(jī)，包括試驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)、伺服電機(jī)控制系統(tǒng)和機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)；伺服電機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)多功能數(shù)據(jù)采集卡與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與伺服電機(jī)相連，伺服電機(jī)與減速機(jī)相連，減速機(jī)與實(shí)驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)中的絲杠相連，絲杠通過(guò)滑塊與夾具相連，夾具中的試樣與偏振光顯微鏡相連，偏振光顯微鏡與攝像機(jī)相連，攝像機(jī)通過(guò)圖像采集卡在人機(jī)界面監(jiān)測(cè)顯示，由圖像處理軟件測(cè)量出微觀(guān)裂紋的尺寸。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，操作簡(jiǎn)單，維護(hù)容易，高效節(jié)能。文檔編號(hào)G01N3/00GK101441154SQ20081020756公開(kāi)日2009年5月27日申請(qǐng)日期2008年12月23日優(yōu)先權(quán)日2008年12月23日發(fā)明者丁玉潔,哲劉,易建軍,亮王,陳昌明申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)