一种圆柱压缩弹簧的参数测试方法
【专利摘要】本发明公开了一种圆柱压缩弹簧的参数测试方法，首先建立工控机与液压驱动装置、力和位移传感器、数据采集控制系统的物理连接，再通过工控机中的测控主程序，借助驱动软件和PCI接口与数据采集控制系统实现软件连接，再输入被测弹簧基本信息，去除载荷原点和建立位移原点，然后自动执行弹簧参数测试的相关任务，包括测量原始高度、压后高度，绘制刚度曲线及计算被测弹簧刚度。完成产品测试后还可以保存测试数据并打印报告。该方法通过位移触发和载荷触发，提高了测试过程的自动化程度，并且提高了测试效率和测试精度。
【专利说明】一种圆柱压缩弹簧的参数测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种测试方法，特别涉及一种圆柱压缩弹簧的参数测试方法，属于检测【技术领域】。
【背景技术】
[0002]恒力弹簧吊架是用于工业管道支承的一种重要装置。在管道发生位移时，它可以提供恒定的支承力，因而不会给管道设备带来附加应力。然而，它的支承力恒定度很大程度取决于它使用的圆柱压缩弹簧的参数的精确性。因此，在装配前，必须对圆柱压缩弹簧的参数，如原始自由高度、压后自由高度和刚度值等进行测量。这种测量一般结合测力计和直尺手工进行，过程繁琐、精度不高；较精确的方法采用了基于计算机和传感器技术的通用弹簧试验机。但由于恒力弹簧吊架圆柱压缩弹簧测试的特殊性，通用弹簧试验机难以满足自动化、低成本、高效率的测试要求。主要存在的问题是测量过程需要多次人工参与位置定位和载荷定位，使测试过程既冗长又不精确。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种圆柱压缩弹簧的参数测试方法，以解决现有技术中圆柱压缩弹簧参数测试效率低、测试精度不高的技术问题。
[0004]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种圆柱压缩弹簧的参数测试方法，包括以下步骤:
步骤一:搭建测试环境:
1)建立物理测试模型:
将工控机通过PCI接口与数据采集控制系统，实现测控通讯；
将用于测量被测弹簧伸缩量的位移传感器和用于测量被测弹簧伸张力的力传感器分别通过导线接到数据采集控制系统的NI PC1-6221多功能数据采集卡的模拟输入端，供工控机读入模拟信号；
将工控机通过NI PC1-6221的两个数字输出端连接开关放大器，再与用于控制油缸活塞杆上下运行的液压驱动装置连接，活塞杆下端连接用于压缩被测弹簧的压盘；
2)搭建软件测试环境:
通过工控机中的测控主程序，借助驱动软件NIDaqmx和PCI接口与数据采集控制系统实现软件连接，输入与弹簧型号相关的数据，包括:最小刚度、最大刚度、标定位移传感器读数与测量高度的关系、设定力触发水平；
步骤二:建立数据库:将被测弹簧的基本信息存入数据库，包括弹簧编号、弹簧型号、最小载荷Pl，工作载荷P2，最大载荷P3 ；
步骤三:执行参数测试:
工控机输出控制指令给液压驱动装置，控制连接压盘的油缸活塞杆上升，压盘上升腾出空间安装被测弹簧，去除力传感器原点； 启动力触发控制程序和位移触发控制程序，控制连接压盘的油缸活塞杆下压，完成被测弹簧原始高度和压后高度的测量；
分别测量最小载荷P1、工作载荷P2、最大载荷P3的对应被测弹簧高度H1、H2、H3，以被测弹簧高度为横坐标，被测弹簧载荷为纵坐标，绘制刚度曲线图，计算被测弹簧刚度值；步骤四:输出测试结果:将步骤三的测量结果保存到数据库，打印测试报告。
[0005]进一步的，所述被测弹簧原始高度的测量方法是:工控机采集力传感器传送的力值信号，自动判断该力值是否超过力触发水平，如果是，则测出此时的被测弹簧的高度，记为被测弹簧原始高度。
[0006]进一步的，所述被测弹簧压后高度的测量方法是:工控机命令油缸进行三次压并——释放循环，工控机采集位移传感器传送的位移信号，在每次循环开始时启动位移触发查询，运行中自动判断该位移信号是否超过压并高度，如果不是，继续下压；如果是，则认为被测弹簧已被压并，然后工控机控制油缸的活塞杆上升，同时自动判断力传感器传送的力值是否低于力触发水平，如果不是，继续上升；如果是，表示被测弹簧恢复自由，一次压并——释放结束，在第三次压并——释放结束时，测出此时的被测弹簧的高度，记为被测弹簧压后高度。
[0007]优选的，所述被测弹簧刚度值为:[(P2-P1)/(H2-H1)+(P3-P2) / (H3-H2) ]/2。
[0008]与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是:通过引入位移触发和力触发控制，将多个弹簧参数的测试步骤有机连成一体，开始测量后，所有测试步骤一次全自动完成，一方面加快了测试进度，提高了测试效率；另一方面避免了人工参与位置定位和力定位带来的不一致性，提高了测试精度；通过工控机测控系统对测试过程和数据进行管理，实现弹簧参数测试自动化，降低了测试成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是本发明方法的建立的物理测试模型。
[0010]图2是适用于力触发、位移触发的触发控制流程图。
[0011]图3是基于触发控制的本发明方法的流程图。
[0012]图中:1、工控机；2、数据采集控制系统；3_1、位移传感器；3_2、力传感器；4_1、油缸；4-2、压盘；4-3、液压驱动装置；4-4、机架；5、被测弹簧。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0014]本发明方法中弹簧的位移测量和载荷的数据采集软件使用Nat1nalInstruments公司的NI PC1-6221多功能数据采集卡配套的数据采集驱动软件NIDaqmx。如图1所示，是本发明所需建立的物理测试模型:包括机架4-4设置在机架4-4上的油缸4-1，油缸4-1内贯穿有活塞杆，活塞杆的下端伸入机架4-4内连接有压盘4-2，压盘4-2的上方设置力传感器3-2，被测弹簧5放置于压盘4-2下方；活塞杆的上端伸出油缸4-1连接位移传感器3-1。油缸4-1上连接有液压驱动装置4-3，用于控制油缸4-1活塞杆上下运行。
[0015]本发明圆柱压缩弹簧的参数测试方法，具体操作步骤如下: 步骤一:搭建测试环境:
I)建立物理测试模型:
将工控机I通过PCI接口与数据采集控制系统2，实现测控通讯。
[0016]将用于测量被测弹簧5伸缩量的位移传感器3-1和用于测量被测弹簧5伸张力的力传感器3-2分别通过导线接到数据采集控制系统2的NI PC1-6221多功能数据采集卡的模拟输入端，供工控机I读入模拟信号。
[0017]将工控机I通过NI PC1-6221的两个数字输出端连接开关放大器，再与用于控制油缸4-1活塞杆上下运行的液压驱动装置4-3连接，活塞杆下端连接用于压缩被测弹簧5的压盘4-2。
[0018]2)搭建软件测试环境:
通过工控机I中的测控主程序，借助驱动软件NIDaqmx和PCI接口与数据采集控制系统2实现软件连接，输入与弹簧型号相关的数据，包括:最小刚度、最大刚度、标定位移传感器3-1读数与测量高度的关系、设定力触发水平；
步骤二:建立数据库:将被测弹簧5的基本信息存入数据库，包括弹簧编号、弹簧型号、最小载荷Pl，工作载荷P2，最大载荷P3 ；
步骤三:执行参数测试:
工控机I输出控制指令给液压驱动装置4-3，执行行走控制，控制连接压盘4-2的油缸4-1活塞杆上升，压盘4-2上升腾出空间安装被测弹簧5，去除力传感器3-2原点。
[0019]对于被测弹簧5原始高度和压后高度均采用触发控制，如图2所示，是触发控制流程图，不仅适用于位移触发，也适用于力触发。其原理是:首先读取位移传感器3-1的位移值(转换为压盘4-2的位置值)或力传感器3-2值，给定相应的触发位置和力触发水平；然后判断当前值是否大于触发水平:如果是，则说明需要查询一个下降沿触发；如果不是，则说明需要查询一个上升沿触发。程序再根据要查询的触发类型踏步等待，直到相应的触发被查到。
[0020]下面就采用上述触发控制方法的被测弹簧5原始高度、压后高度、最小载荷P1、工作载荷P2、最大载荷P3的对应弹簧高度H1、H2、H3的测量步骤作详细描述:
启动力触发控制程序和位移触发控制程序，工控机I控制压盘4-2向下运行，压盘4-2接触被测弹簧5之前，力传感器3-2的输出值应为零值，当压盘4-2完全接触到被测弹簧5上端面，力传感器3-2会感应到一个较小的作用力，此作用力可通过设定一个适当的力触发水平来反映，触发程序发现上升沿触发，即工控机I自动判断该力值是否超过力触发水平，如果是，则测出此时的被测弹簧5的高度，记为被测弹簧5原始高度。
[0021]被测弹簧5压后高度的测量方法是:工控机I命令油缸4-1进行三次压并——释放循环，工控机I采集位移传感器3-1传送的位移信号，在每次循环开始时启动位移触发查询，运行中自动判断该位移信号是否超过压并高度(上升沿触发)，如果不是，继续下压；如果是，则认为被测弹簧5已被压并，然后工控机I控制油缸4-1的活塞杆上升，同时自动判断力传感器3-2传送的力值是否低于力触发水平，如果不是，继续上升；如果是，表示被测弹簧5恢复自由，一次压并——释放结束，在第三次压并——释放结束时，测出此时的被测弹簧5的高度，记为被测弹簧5压后高度。
[0022]工控机I命令压盘4-2进行最后一次下压，下压过程依次查询最小载荷Pl上升沿触发、工作载荷P2上升沿触发、最大载荷P3上升沿触发，并在每次查到触发时测量相应的被测弹簧5高度H1、H2、H3，测量结束后，工控机I软件程序以被测弹簧5的高度为横坐标，被测弹簧5的载荷为纵坐标，绘制刚度曲线图，计算被测弹簧5的刚度值，被测弹簧5刚度计算值=[(P2-P1) / (H2-H1) + (P3-P2) / (H3-H2) ] /2。
[0023]步骤四:输出测试结果:将步骤三的测量结果保存到数据库，打印测试报告。
[0024]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种圆柱压缩弹簧的参数测试方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一:搭建测试环境: 1)建立物理测试模型: 将工控机通过？接口与数据采集控制系统，实现测控通讯； 将用于测量被测弹簧伸缩量的位移传感器和用于测量被测弹簧伸张力的力传感器分别通过导线接到数据采集控制系统的犯？01~6221多功能数据采集卡的模拟输入端，供工控机读入模拟信号； 将工控机通过犯？01~6221的两个数字输出端连接开关放大器，再与用于控制油缸活塞杆上下运行的液压驱动装置连接，活塞杆下端连接用于压缩被测弹簧的压盘； 2)搭建软件测试环境: 通过工控机中的测控主程序，借助驱动软件和接口与数据采集控制系统实现软件连接，输入与弹簧型号相关的数据，包括:最小刚度、最大刚度、标定位移传感器读数与测量高度的关系、设定力触发水平； 步骤二:建立数据库:将被测弹簧的基本信息存入数据库，包括弹簧编号、弹簧型号、最小载荷？1，工作载荷？2，最大载荷？3 ； 步骤三:执行参数测试: 工控机输出控制指令给液压驱动装置，控制连接压盘的油缸活塞杆上升，压盘上升腾出空间安装被测弹簧，去除力传感器原点； 启动力触发控制程序和位移触发控制程序，控制连接压盘的油缸活塞杆下压，完成被测弹簧原始高度和压后高度的测量； 分别测量最小载荷？1、工作载荷？2、最大载荷？3的对应被测弹簧高度以被测弹簧高度为横坐标，被测弹簧载荷为纵坐标，绘制刚度曲线图，计算被测弹簧刚度值；步骤四:输出测试结果:将步骤三的测量结果保存到数据库，打印测试报告。
2.根据权利要求1所述的圆柱压缩弹簧的参数测试方法，其特征在于，所述被测弹簧原始高度的测量方法是:工控机采集力传感器传送的力值信号，自动判断该力值是否超过力触发水平，如果是，则测出此时的被测弹簧的高度，记为被测弹簧原始高度。
3.根据权利要求1所述的圆柱压缩弹簧的参数测试方法，其特征在于，所述被测弹簧压后高度的测量方法是:工控机命令油缸进行三次压并——释放循环，工控机采集位移传感器传送的位移信号，在每次循环开始时启动位移触发查询，运行中自动判断该位移信号是否超过压并高度，如果不是，继续下压；如果是，则认为被测弹簧已被压并，然后工控机控制油缸的活塞杆上升，同时自动判断力传感器传送的力值是否低于力触发水平，如果不是，继续上升；如果是，表示被测弹簧恢复自由，一次压并——释放结束，在第三次压并——释放结束时，测出此时的被测弹簧的高度，记为被测弹簧压后高度。
4.根据权利要求1所述的圆柱压缩弹簧的参数测试方法，其特征在于，所述被测弹簧刚度值为(^3-^2)/(113-112)1/20
【文档编号】G01B21/02GK104359662SQ201410630926
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月11日 优先权日:2014年11月11日
【发明者】王占军, 汤炳新 申请人:河海大学常州校区