维氏显微硬度加载控制系统设计：高精度且自动化程度高

维氏显微硬度加载控制系统设计：高精度且自动化程度高

通过对2oo8年3月电子测试Mar．2DD口第3期ELEC碍ONIC ．3维氏显微硬度加载控制系统展开研制，参与人员有李潮全、赵四海以及李明，他们来自中国矿业大学(北京)机电学院北京 ，传统维氏硬度测量存在需人工干预测试过程这一情况，其自动化程度较低，重复精度也较低。鉴于这样的情况，本文设计了一种微位移自动力加载控制系统，该系统以89S52单片机作为控制核心，使用PZT驱动器当作力发生装置，用于维氏显微硬度测试，本文主要涵盖数据采集和PZT控制信号输出等部分相关硬件与软件的设计，本文给出了原理框图以及控制软件流程图，同时还给出了相关实验数据以及针对该实验数据的分析，研究结果显示，本设计方案是可行的，加载精度很高，平均加载精度处于0．43％以内。摘要：关键词为单片机、维氏硬度、加载控制，中图分类号是TP216+．1，文献标识码是of ，作者是Zhao Sihai、Li Ming（China and ()~ijing ，China）： 工作致使测试精度不稳定，会有可重复精度低的情况，所以迫切需要提高测试的自动化程度，减少人为因素造成的干扰，提升测试精度。因此本文提出一种新型的 ，它是以89S52为基础，在微 中使用PZT作为力。它通过AD667实现 的 、数据 和PZT。这个 警报了 和 的 ，它还 了 数据。 有 表明使用这个 能够 ，并且平均 小于0．43％：芯片； ； 工作使得测试精度出现不稳定状况，可重复精度较低，急切需要提高测试的自动化程度，减少人为因素带来的干扰，提升测试精度。维氏硬度测试里，当压痕对角线长度维氏硬度值汲取大量一般性硬度标定方式（譬如布氏、洛氏等）的长处，能够针对金属硬度予以持续标定，且和测试力大小毫无关联，所以获得广泛运用时，可用电子显微镜来标明，测试精度会取决于对加载力的控制精度。鉴于此，本文构思一种以单片机为控制核心，采用PZT （压电材料）驱动器的设计 ，标点用错懒得修正，就这样吧：）但是，传统维氏显微硬度测试过程，常因人为操作，存在问题，而用于维氏显微硬度测试的自动加载单堕煳EL￡ ．3Test and有其特点，控制系统能实现特定功能，可实现压痕深度在30 m内并且小于9．8 N ，盘，显示部分选用1 28×64的点阵式 LCD显示器， (1 000 g)的维氏显微硬度测试的精确加载控制得以达成。MCU采用$52高档单片机，不需要再扩充程序存储器就能满足软件设计需要。下文针对数l系统原理中数据采集这一部分，还有PZT控制电压信号这一部分，来做详细的介绍。本加载控制系统的机构框图呈现为如图1所示的样子。2．1数据采集部分按照以串行AD作为中心元件来进行搭建。它呢，是属于12位串行模数转换器，运用开关电容逐次逼近这样的技术，从而完成A／D转换的过程。它具备这样一些特点，在工作温度范围之内，有着10 s的转换时间，线性误差小，存在可编程的MSB或者LSB前导，输出数据长度能够调节，还有串行输入，它可节省单片机I／O的资源，从图1能够看出，通过键盘键入预定的加载力并启动，适合在I／O资源紧张的情形下使用。因此，本系统有动测试程序，DA转换芯片AD667发出控制电压信号，采用某器件作为模数转换器件，把力传感器的模拟电压信号转换为数字信号。该模拟电压信号，是经过功率放大后驱动VZT微位移发生器，使维氏压头压入试件表面，致使试件表面发生弹性变形，进而产生一个与压头移动方向相反的弹力，此弹力大小等于维氏压头。因传感器输出的电压在毫伏级，系统采用16倍放大，最大值在2.5V以内，所以采用2.5V的电压基准。处于压力的状况下，运用力传感器针对弹力值展开实时监测，从而获取压力的实时数据，将压力数据记录下来，并且与随机存取存储器中所存储的标准数据予以对比、判断，当两者相等的时候就停止加载并且开始保载，不然就持续加载直至两者相等.对于此而言，能够采用4种传输方法，获得全12位分辨率，每次转换以及数据传递能够使用12或者16个时钟周期。在本系统里采用。整个过程，是在了程12时钟，以及低8位在前的传输时序进行的情况下，在转换程序的编序控制之下开展的，达成了加载的自动化；本加载控制系统具备可写性，且不使用片选（cs）；参考时序如图3所示，以此能够与电脑通信，配合电子显微镜可完成维氏硬度的自动检测；加载系统的机构图如图2所示。编制源代码如下：将SETB 执行，在特定位置，比如（：8 处）。接着进行MOV 操作，把C 迁移，迁移到 ；2 这个位置，之后关联PZT，再后续是 ；3 ；4 ；6 ；7 ；8 这些位置，并且涉及base，执行RLC 对A 作处理，就如同图2 加载系统机构简图那样。然后又有MOV 操作，针对 ．C 进行。再执行SETB 2 ，这是关于加载控制系统的设计。之后INC R2。依据上述的机构简图以及系统功能，按照数据采，其中CJNE R2， 08H， 还有集、PZT 控制信号输出以及键盘和显示，一共4 个部分共同组成，去设计加载系统。键盘采用独立式键，这种键呈现二行四列的形式，屯三，理!i 基 EU，TEST 维普资讯 2oｏ8。微位移发生器（PZT）是利用压电材料的电致伸缩效应产生位移的，系统采用图4所示的硬件连接，在双缓冲方式下，本系统输出的控制信号是电压信号，经过电压和功率的放大后驱动位移发生器产生位移，该系统不使用片选信号、12时钟传输，图3为编程时序图，2.2是PZT控制信号输出部分设计，AD667的汇编源码为：MOV A，R0， MOV C，R2，RLC A，CJNE R2，04H，Ⅲ，SETB R4，A一CLR )cL0cI／K0 ，同 同 同同 同 ，Il 同I乙~* 4I_一 ，———÷ ，垒!!垒!X兰X垒×垒!×垒X 三X垒+nData勰。采用的控制电压信号产生的核心器件是AD667，它是12位数模转换器件，具有可选的输出电压范围，还内置参考基准电压，在双极性供电、单极性10V输出的条件下，输出分辨率为0.0024V／b ，而MOV DP豫 ． 3FFEH 、、 MOVX @DfrrR．A 、 MOV A ，R1 、 M0V DP豫 ． 3FFDH 等与之相关。在本设计里，AD667运用双极性供电，并且通过MOVX @DfrrR．A进行单极性输出，它处于双缓冲的状态之下开展工作，MOV DPTR， @DfrrR．；．3控制软件设计，GND：Vref软件程序主要达成数据采集、计算、输出控制信号以及液晶显示信号的自动化，进而让它们彼此协调完成维氏硬度测试的加载控制 ，控制程序流程图如图5所示。髓 l 图 4 中，AD667 硬件连接电亘脚 E 上的正、3Test 和压力数据是相互对应的，存在这般函数关系，即有以下式子：( i)=Yi-(1+Ai) ，此为(1)式。其中， 代表实际加载力值（单位为 g）；)， 是传感器电压标准值；Ai 是偏差率。依据式(1)能够知道：鉴于 Y 是固定的某一数值，所以只要控制了 A 就能够控制 ，也就是控制实际加载力值。维氏显微硬度测试里，常常会采用有限个特定的力值来开展测量，譬如常用力值有100 g、200 g、300 g、500 g等类似情况，所以在实际测试当中A的个数是有限的。此外，传感器采集到的特定力值的偏差电压数据等，经过运放系统启动之后就会扫描键盘，进而接受键盘的输入，像经过放大之后会以数字量偏差的形式反映在AD转换的数据中。如果同时输人了预定加载力以及保载时间，那么将启动相关的数据。依据本系统里AD转换的原理，加载控制程序，系统不间断地采集传感器的当前力的值，该值为D = U - 212／2，接着与预定值进行对比，要是二者相等那就进入保载，保载结束后返回，不然的话，通过改变PZT的控制信号来改变，其中，D为转换得到的二进制数据，U为运放输出的电压(V)。使当前所加载之力的数值发生改变，一直到两者变得相等，液晶显示屏始终呈现出当前此刻在加载之力的数值，整个加载的进程是由程序来实施控制的，不会受到人工能够知晓获取到的数字量存在偏差且数值为D等于16减去括号内212除以2.5再乘以Y然后减去A（3）的这种干预。只要在软件里针对其展开补偿，则能够将这完全消除，3实验分析。