專利名稱：一種用于高能束流復合焊接熱循環測試的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于自動控制技術領域，尤其涉及一種用于高能束流復合焊接熱循環測試的裝置。
背景技術：
高能束流復合焊具有能量密度大和焊接速度快等特點，加之鋁合金傳熱速度快，使得零件成形精度受到極大影響，準確測定瞬態溫度場是控制變形的前提與基礎。目前開發的焊接熱循環測試技術多針對熱擴散系數小金屬材料的慢速TIG、MIG焊工藝，而且測試硬件與軟件系統分離，不能很好地集成一體，給數據的實時動態采集、顯示和后處理造成了困難，難以形成商品化產品。 發明內容本實用新型提供了一種用于高能束流復合焊接熱循環測試的裝置，旨在解決目前開發的焊接熱循環測試技術多針對熱擴散系數小金屬材料的慢速TIG、MIG焊工藝，而且測試硬件與軟件系統分離，不能很好地集成一體，給數據的實時動態采集、顯示和后處理造成了困難，難以形成商品化產品的問題。本實用新型的目的在于提供所述裝置包括安裝在被測試工件上，用于將工件的溫度變化信號轉換為模擬電壓信號，并對所述模擬電壓信號進行輸出的熱電偶傳感器；與所述熱電偶傳感器相連接，用于接收所述熱電偶傳感器輸出的模擬電壓信號，對所述模擬電壓信號進行放大與濾波處理，并對放大與濾波處理后的模擬電壓信號進行輸出的信號放大與濾波電路；與所述信號放大與濾波電路相連接，用于接收所述信號放大與濾波電路輸出的模擬電壓信號，將所述模擬電壓信號轉換為數字電壓信號，并對所述數字電壓信號進行輸出的模數轉換器；與所述模數轉換器相連接，用于接收所述模數轉換器輸出的數字電壓信號，并通過對所述數字電壓信號的分析與處理測定工件焊接過程中的熱循環曲線的PC機；與所述信號放大與濾波電路及PC機相連接，用于為所述信號放大與濾波電路及PC機提供電能供應的電源模塊。進一步，所述熱電偶傳感器的工作端固定在工件上，所述熱電偶傳感器的冷端與所述信號放大與濾波電路相連接。進一步，所述熱電偶傳感器采用K型NiCr-NiSi熱電偶。進一步，所述模數轉換器通過USB接口與所述PC機相連接。進一步，所述信號放大與濾波電路采用型號為K-803B的8路熱電偶調理板，所述型號為K-803B的8路熱電偶調理板上設置有7路小信號調理電路、I路冷端補償電路或I路小信號調理電路。[0015]進一步，所述模數轉換器安裝在型號為USB2010的數據采集卡上，所述數據采集卡上設置有32路單端或16路雙端的模擬輸入通道、16路開關量輸入通道、16路開關量通道、三組定時/計數器。進一步，所述用于高能束流復合焊接熱循環測試的裝置還與主控制系統相連接；所述主控制系統進一步包括采樣通道選定模塊、采集頻率設置模塊、采集函數啟動模塊、信號數據存儲模塊、熱循環曲線生成模塊；所述采樣通道選定模塊及采集頻率設置模塊分別與所述采集函數啟動模塊相連接，所述采集函數啟動模塊分別與所述信號數據存儲模塊及熱循環曲線生成模塊相連接。本實用新型提供的用于高能束流復合焊接熱循環測試的裝置，基于USB總線，具有較高的傳輸速率，可完全滿足采集要求，體積小、具有即插即用、使用方便易攜帶的優勢，適用于各種工況的現場測量；該裝置的操作界面簡潔美觀、易于操作，并能實時顯示采集過程動態曲線，采集完畢還可將數據保存為文本文件以便于分析，結果準確，工作效率與可靠 性較高，擴展性和移植性佳，數據采集與處理自動化程度高；K803-B型熱電偶信號調理板采用差動方式輸入信號，加上高性能有源濾波，使得系統較強的抗干擾能力，且調理板價格便宜，配合廉價的K型熱電偶傳感器使用，降低了測試成本；記錄結果準確，操作簡單，界面友好，使用攜帶方便，能夠很好地得到焊熱循環曲線，可用于其它金屬材料的焊接熱過程記錄，或者運用于鑄造凝固溫度的實時檢測，應用廣泛，成本低廉，在熱加工過程的實時監控上有著良好的應用前景，具有較強的推廣與應用價值。
圖I是本實用新型實施例提供的用于高能束流復合焊接熱循環測試的裝置的結構框圖；圖2是本實用新型實施例提供的主控系統的結構框圖；圖3是本實用新型實施例提供的鋁合金5052-H34的TIG焊熱循環曲線示意圖。圖中11、熱電偶傳感器；12、信號放大與濾波電路；13、模數轉換器；14、PC機；15、電源模塊；21、采樣通道選定模塊；22、采集頻率設置模塊；23、采集函數啟動模塊；24、信號數據存儲模塊；25、熱循環曲線生成模塊。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步的詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定發明。圖I示出了本實用新型實施例提供的用于高能束流復合焊接熱循環測試的裝置的結構。為了便于說明，僅示出了與本實用新型相關的部分。該裝置包括熱電偶傳感器11，安裝在被測試工件上，用于將工件的溫度變化信號轉換為模擬電壓信號，并對模擬電壓信號進行輸出；信號放大與濾波電路12，與熱電偶傳感器11相連接，用于接收熱電偶傳感器11輸出的模擬電壓信號，對模擬電壓信號進行放大與濾波處理，并對放大與濾波處理后的模擬電壓信號進行輸出；模數轉換器13，與信號放大與濾波電路12相連接，用于接收信號放大與濾波電路12輸出的模擬電壓信號，將模擬電壓信號轉換為數字電壓信號，并對數字電壓信號進行輸出；PC機14，與模數轉換器13相連接，用于接收模數轉換器13輸出的數字電壓信號，并通過對數字電壓信號的分析與處理測定工件焊接過程中的熱循環曲線；電源模塊15,與信號放大與濾波電路12及PC機14相連接,用于為信號放大與濾波電路12及PC機14提供電能供應。在本實用新型實施例中，熱電偶傳感器11的工作端固定在工件上，熱電偶傳感器11的冷端與信號放大與濾波電路12相連接；熱電偶傳感器11在被測試工件上的安裝方式為在工件上鉆直徑4mm的小孔，然 后將熱電偶傳感器11的工作端放入到小孔中，并用質地更軟的鋁焊絲填充實，被測試工件上可設置三個采樣點，三個采樣點距被測試工件坡口邊緣的距離依次為10. 0mm、15. 0mm、20. Omm0在本實用新型實施例中，熱電偶傳感器11采用K型NiCr-NiSi熱電偶，K型NiCr-NiSi熱電偶的測溫范圍為O 1200°C。在本實用新型實施例中，模數轉換器13通過USB接口與PC機14相連接。在本實用新型實施例中，信號放大與濾波電路12采用型號為K-803B的8路熱電偶調理板，型號為K-803B的8路熱電偶調理板上設置有7路小信號調理電路、I路冷端補償電路或I路小信號調理電路可選。在本實用新型實施例中，每路小信號調理電路均采用差動輸入方式，默認放大倍數為100倍；冷端補償電路采用AD590測量環境溫度，AD590為隨溫度變化的恒流源，每上升1°C，電流增加ΙμΑ。在本實用新型實施例中，模數轉換器13安裝在型號為USB2010的數據采集卡上，數據采集卡上設置有32路單端或16路雙端的模擬輸入通道、16路開關量輸入通道、16路開關量通道、三組定時/計數器。在本實用新型實施例中，模數轉換器13的輸入信號范圍為±5V、±10V、0 10V。在本實用新型實施例中，該用于高能束流復合焊接熱循環測試的裝置還與主控制系統相連接；主控制系統包括采樣通道選定模塊21、采集頻率設置模塊22、采集函數啟動模塊23、信號數據存儲模塊24、熱循環曲線生成模塊25 ；采樣通道選定模塊21及采集頻率設置模塊22分別與采集函數啟動模塊23相連接，采集函數啟動模塊23分別與信號數據存儲模塊24及熱循環曲線生成模塊25相連接。在本實用新型實施例中，主控制系統將采集函數啟動模塊23采集的信號數據、采樣通道選定模塊21設置的通道數及采集頻率設置模塊22設定的采樣頻率存儲在后綴為.dat的數據文件中，后綴為.dat的數據文件可直接讀取并生成曲線；也可以文本的形式打開，獲取采集的信號數據。
以下結合附圖及具體實施例對本實用新型的應用原理作進一步描述。如圖I所示，該裝置主要由熱電偶傳感器11、信號放大與濾波電路12、模數轉換器13、PC機14及電源模塊15連接構成；在對工件的測試過程中，熱電偶傳感器11的工作端被固定在工件上，冷端接入信號放大與濾波電路12，當被測工件受熱時，工作端由于受熱使得溫度高于冷端，從而產生了微弱的電勢差；該模擬電壓信號通過信號放大與濾波電路12的放大與濾波處理后，獲得大小合適易于處理的模擬電壓信號；將此模擬電壓信號接入數據采集卡，完成模數轉換，得到離散的數字信號；模數轉換器13再通過USB接口傳入PC機14，在PC機14上完成電壓信號向溫度信號的轉換并保存。信號放大與濾波電路12選用型號為K-803B的8路熱電偶調理板，該熱電偶調理板上設置有7路小信號調理電路、I路冷端補償電路或I路小信號調理電路可選，每路小信號調理電路的默認放大倍數為100倍，非常適用于工業現場熱電偶測溫系統的信號處理；該熱電偶調理板上的8路信號調理電路相互獨立，均采用差動輸入方式，加上高性能有源濾波器，具有較高的精度和穩定性；冷端補償電路采用AD590測量環境溫度，AD590為隨溫度變化的恒流源，每上升1°C，電流增加ΙμΑ，將回路串入精密電阻，可得到相應的電壓變化，再加上適當的電壓補償和放大后，即可得到對應環境溫度的電壓值，一般情況下O 5V對應O 50°C。·[0047]數據采集卡選用USB2010板，USB2010板上設計有12Bit分辨率的A/D轉換器，提供了 32路單端或16路雙端的模擬輸入通道，A/D轉換器輸入信號范圍±5V、±10V、0 IOV ;還為用戶提供了三組定時/計數器，16路開關量輸入，16路開關量輸出。USB總線支持USB2. OFull-Speed協議，實現即插即用。該裝置的設置過程如下調零以一個通道為例，首先將型號為K-803B的8路熱電偶調理板的輸入端短接，即OV輸入，萬用表測量輸出電壓，調節調零旋鈕，使萬用表示數為0，其余各通道類推；對于USB2010板，同樣將某物理通道短接，利用高級演示程序，選定好量程、接地方式，與對應的通道后，調節板上調零旋鈕，直至所有顯示的讀數均為0，該裝置選用USB2010板±10V量程，接地方式單端。調滿度對于型號為K-803B的8路熱電偶調理板，首先對某通道輸入50mV電壓信號，然后調節滿度旋鈕，使輸出為4V，則型號為K-803B的8路熱電偶調理板放大倍數為80倍，除了第8路放大倍數為默認100倍，其余通道均為80倍；對于USB2010板的滿度調節，需要借助于高級演示程序，首先設置±10V量程，接地方式單端，然后任選一通道，比如CH1，將其接入9995. IlmV電壓，調節滿度電位器使所有顯示的讀數為9995. llmV，這樣即完成滿度調節。完成后，在采集板NC位置焊裝49.9k Ω電阻，使采集卡放大倍數為2倍，這樣系統放大倍數一共為160倍。溫度補償調節在型號為K-803B的8路熱電偶調理板的第8路完成零度和滿度調節后，將型號為K-803B的8路熱電偶調理板置于一個穩定的環境溫度下，精確測得該環境溫度，設置跳線器使第8路處于溫度補償狀態，調整溫度補償旋鈕使得輸出電壓對應該溫度即可，如25 C的環溫度，可使輸出為2. 5V。與該裝置配套使用的主控系統主要完成實時采集的控制過程，即選定采樣通道、設置采集頻率、啟動采集函數不斷讀入信號數據并實時顯示；該系統將采集的數據連同通道數、采樣頻率一并存在后綴為.dat的數據文件，該文件可直接在主控系統中讀入并生成曲線；也可以文本的形式打開，獲取采集數據。該主控系統的開發環境為MS Visual C++6. 0，借助于MFC庫，以C++語言高度的靈活性與面向對象特性，完成數據采集系統的可視化設計，界面簡明美觀，風格友好且易于操作。該主控系統采用單文檔-視圖結構，視圖區分割為上下兩塊，上部分滾動視圖用于實時曲線的顯示，下部分表單視圖用于采集控制，主要分為兩個模塊，實時采集部分有溫度補償、采樣頻率的設置、通道的選擇，歷史數據部分可將已采集的數據文件打開并重新線性繪制，得到清晰美觀的曲線。程序利用數據采集卡自帶的采集函數作為采集循環的主體，采用了 Windows雙線程技術，將數據不斷在繪制線程中更新，從而完成溫度曲線的實時顯示；程序通過直接調用API函數獲得計算機主頻，計算采樣周期，從而保證從軟件層最大限度的精確設置采樣時間。單批次采集函數聲明如下B00LReadDeviceAD(HANDLE hDevice, PSHORTpADBuffer, ULONG nReadSizeffords) 參數hDevice為設備對象句柄,pADBuffer是用戶數據緩沖區地址,接收從設備上采集的LSB原碼數據，nReadSizeWords是指定讀取長度，對于USB設備，其值應為256的整數倍，對于多通道采集，也應是通道數的整數倍。假如通道數為4，單批次采集的數據在緩沖區如下排列四通道采集(CH0-CH3)
權利要求1.一種用于高能束流復合焊接熱循環測試的裝置，其特征在于，所述裝置包括 安裝在被測試エ件上，用于將エ件的溫度變化信號轉換為模擬電壓信號，并對所述模擬電壓信號進行輸出的熱電偶傳感器； 與所述熱電偶傳感器相連接，用于接收所述熱電偶傳感器輸出的模擬電壓信號，對所述模擬電壓信號進行放大與濾波處理，并對放大與濾波處理后的模擬電壓信號進行輸出的信號放大與濾波電路； 與所述信號放大與濾波電路相連接，用于接收所述信號放大與濾波電路輸出的模擬電壓信號，將所述模擬電壓信號轉換為數字電壓信號，并對所述數字電壓信號進行輸出的模數轉換器； 與所述模數轉換器相連接，用于接收所述模數轉換器輸出的數字電壓信號，并通過對所述數字電壓信號的分析與處理測定エ件焊接過程中的熱循環曲線的PC機； 與所述信號放大與濾波電路及PC機相連接，用于為所述信號放大與濾波電路及PC機提供電能供應的電源模塊。
2.如權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述熱電偶傳感器的工作端固定在エ件上，所述熱電偶傳感器的冷端與所述信號放大與濾波電路相連接。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述熱電偶傳感器采用K型NiCr-NiSi熱電偶。
4.如權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述模數轉換器通過USB接ロ與所述PC機相連接。
5.如權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述信號放大與濾波電路采用型號為K-803B的8路熱電偶調理板，所述型號為K-803B的8路熱電偶調理板上設置有7路小信號調理電路、I路冷端補償電路或I路小信號調理電路。
6.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述模數轉換器安裝在型號為USB2010的數據采集卡上，所述數據采集卡上設置有32路單端或16路雙端的模擬輸入通道、16路開關量輸入通道、16路開關量通道、三組定時/計數器。
7.如權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述用于高能束流復合焊接熱循環測試的裝置還與主控制系統相連接； 所述主控制系統進一歩包括采樣通道選定模塊、采集頻率設置模塊、采集函數啟動模塊、信號數據存儲模塊、熱循環曲線生成模塊； 所述采樣通道選定模塊及采集頻率設置模塊分別與所述采集函數啟動模塊相連接，所述采集函數啟動模塊分別與所述信號數據存儲模塊及熱循環曲線生成模塊相連接。
專利摘要本實用新型屬于自動控制技術領域，提供了一種用于高能束流復合焊接熱循環測試的裝置，由熱電偶傳感器、信號放大與濾波電路、模數轉換器、PC機、電源模塊連接構成；基于USB總線，具有較高的傳輸速率，可完全滿足采集要求，體積小、具有即插即用、使用方便易攜帶的優勢，適用于各種工況的現場測量；該裝置的操作界面簡潔美觀、易于操作，并能實時顯示采集過程動態曲線，采集完畢還可將數據保存為文本文件以便于分析，結果準確，工作效率與可靠性較高，擴展性和移植性佳，數據采集與處理自動化程度高；記錄結果準確，操作簡單，界面友好，使用攜帶方便，能夠很好地得到焊熱循環曲線，具有較強的推廣與應用價值。
文檔編號G01N25/20GK202614705SQ20122025784
公開日2012年12月19日 申請日期2012年6月4日 優先權日2012年6月4日
發明者張衛華, 吳圣川, 彭漩, 繆炳榮 申請人:西南交通大學