微弧氧化成膜过程的在线监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种微弧氧化成膜过程的在线监测系统，包括：信号采集板采集微弧氧化过程电压、电流值和电极线振动幅度、电解槽中电磁传感器值，对其处理后上传至上位机软件；视频信号采集卡通过CCD摄像头采集微弧氧化火花放电过程并将视频信号上传至上位机软件；上位机软件对检测信号进行分析和判别，计算膜层生长状态，进而通过电源控制板控制微弧氧化电源。本专利通过多传感器检测和数据分析获得微弧氧化进程，实现自动控制获得优质的微弧氧化膜层和最优工艺处理参数，有效缩短了新工艺开发周期，降低新工艺开发成本，在实际应用中获得了良好效果。

【技术实现步骤摘要】
微弧氧化成膜过程的在线监测系统
本专利技术涉及一种微弧氧化成膜过程的在线监测系统，属于微弧氧化处理

技术介绍
微弧氧化(Microarcoxidation，MAO)技术凭借节能、环保在表面改性领域得到广泛应用。然而，在工程应用中对于不同形状的构件，尤其针对复杂构件形状采用微弧氧化方法表面改性，因面积难以精确计算，开发新工艺过程中，所施加的电流和电压等电源参数仅能近似估算或依据经验值进行设置，这对操作者的理论水平和实际经验提出了挑战，无法避免多次重复实验以获得最优处理参数，使得新工艺开发成本居高不下。针对微弧氧化新工艺开发需重复实验以获得最优工艺参数以及成本高的零件表面改性工艺开发费用巨大的问题，本专利提出微弧氧化成膜过程的在线监测系统，通过各传感器和摄像头检测微弧氧化过程中电压、电流、电极线位移信号和“火花”放电状态，根据采集传感器信号值和膜层生长过程规律设置经验计算公式，由系统判别膜层生长进程，从而实现自动控制获得优质的微弧氧化膜层和最优工艺处理参数。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种微弧氧化成膜过程的在线监测系统，通过多传感器检测和数据分析获得微弧氧化进程，实现微弧氧化处理的自动控制，从而有效缩短新工艺开发周期，降低新工艺开发成本。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种微弧氧化成膜过程的在线监测系统，包括上位机软件、信号采集模块、视频采集模块、电源控制模块；其中，所述信号采集模块通过电压传感器、电流传感器、位移传感器、电磁传感器分别采集微弧氧化过程中的电压值、电流值、电极线振动幅度和电解槽中电磁传感器值，对其处理后上传至上位机软件；所述视频采集模块通过CCD摄像头采集微弧氧化过程中的火花放电形态，并将视频信号上传至上位机软件；所述上位机软件对接收的检测信号进行分析和判别，计算膜层生长状态，进而通过电源控制模块控制微弧氧化电源；所述电源控制模块通过电源通信模块接收上位机软件指令值并将其传送至微弧氧化电源。进一步的，所述信号采集模块包括ARM处理器、电磁感应检测电路、MAO电压检测电路、MAO电流检测电路、电极线振动检测电路、检测通信模块；所述ARM处理器采用STM32F767IGT6芯片，其主振频率可至216MHz，内核为M7，以提高信号采集和传输速度；所述电磁感应检测电路、MAO电压检测电路、MAO电流检测电路、电极线振动检测电路分别用于接收并处理电磁传感器、电压传感器、电流传感器、位移传感器所采集的信号，并传输至ARM处理器进行计算处理，检测出MAO过程中的电磁场分布、电压值、电流值、电极线振动幅度，进而通过检测通信模块实现ARM处理器与上位机软件的信号传输。进一步的，所述位移传感器采用C1030型激光位移传感器，其使用直径为0.5mm铝线折成L型悬挂试样，布置在电极线端检测微弧氧化过程中电弧力使电极线产生的位移，进而得到微弧氧化过程中电弧力合力变化；所述电极线振动检测电路包括接头J1、滤波器L1、差分接收电路和增益计算电路，位移传感器所采集的信号由接头J1接入，通过L1滤波，避免误触发的尖峰影响测试精度，信号至UIB运算放大器获得单向电压信号至，经过UIA进行增益变化传输至STM32F767IGT6的ADC检测端，由STM32F767IGT6根据检测的ADC值转换为电极线在微弧氧化过程中的位移值。进一步的，所述MAO电流检测电路包括接头J2、电阻R10、增益调节电路，电流传感器所采集的信号由接头J2接入，采集的电流信号经过R10转化为电压信号，经过增益调节电路UIC传输至STM32F767IGT6的ADC采集端，进而通过电流传感器的衰减比例换算为MAO过程的电流值。进一步的，所述MAO电压检测电路包括接头J3、分压电路、电感L2、差分接收电路，MAO过程中电压高且因极间存在杂散电容和电感，信号存在较大干扰。检测电路采用分压电路进行采样，分压电路由R12、R13、R17组成，采集R17电压进行比例计算获得MAO电压；采集的电压信号经过电感L2进行滤波传输至差分接收电路，其中差分接收电路在反馈环增加电容CLE3滤波，组成积分和比例电路的叠加，输出信号传输至STM32F767IGT6的ADC检测端，经计算电路比例系数换算极间电压值。进一步的，所述电磁传感器采用SS49E霍尔元件，该传感器根据检测的磁场不同输出线性电压信号。采用VCC向接口P4的Pin1输出电压值，Pin2连接GND，Pin3输出信号使用电阻R19,R20进行分压，电容C10滤波，输出信号至STM32F767IGT6的ADC检测通道，检测电磁场转换后的模拟量至对应至电磁场的强度分布。进一步的，所述电源通信模块和检测通信模块均使用RS232串口通信。进一步的，所述CCD摄像头通过USB接口传输视频信号至上位机软件，由上位机软件对MAO火花放电状态进行计算，获得MAO处理过程中火花放电形态、火花游动速度、火花面积等特征参数。进一步的，所述上位机软件的控制流程包括：所述上位机软件初始化并完成对ARM处理器上传的传感器信号的数据处理与显示，包括时间-电压计算与显示、时间-电流计算与显示、时间-位移计算与显示、时间-电磁场计算与显示，同时对MAO火花放电特征进行图像处理；处理完各传感器和CCD摄像头所采集的参数后，对各参数进行线性回归分析，通过计算获得MAO处理过程进展程度，若MAO处理完成，则经过电源通信模块发送指令至MAO电源，若MAO未处理完成，则继续进行数据采集和检测，直至MAO处理过程结束。进一步的，所述上位机软件根据线性回归分析公式：Y＝a×U+b×Z+C×c+d×S进行计算，其中，a、b、c、d为计算系数，U为电压值，Z为位移振荡幅值，C为电磁传感器值，S为MAO过程的火花放电特征(即火花密度)；根据此公式对MAO过程进展程度进行判断，当Y值超过阀值，则判定MAO处理已完成，否则MAO未处理完成。有益效果：本专利技术提供的微弧氧化成膜过程的在线监测系统，通过各传感器和摄像头检测微弧氧化过程中电压、电流、电极线位移信号和“火花”放电状态，根据采集传感器信号值和膜层生长过程规律设置经验计算公式，由系统判别膜层生长进程，从而实现自动控制获得优质的微弧氧化膜层和最优工艺处理参数，有效缩短了新工艺开发周期，降低新工艺开发成本，在实际应用中获得了良好效果。附图说明图1为本专利技术微弧氧化成膜过程的在线监测系统的系统框图；图2为本专利技术中信号采集模块的结构框图；图3为本专利技术中电极线振动检测电路的电路图；图4为本专利技术中MAO电流检测电路的电路图；图5为本专利技术中MAO电压检测电路的电路图；图6为本专利技术中电磁感应检测电路的电路图；图7为本专利技术中通信模块的电路图；图8为本专利技术中视频采集模块的原理框图；图9为本专利技术中ARM处理器的数据处理流程图；图10为本专利技术中上位机软件的图形界面图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微弧氧化成膜过程的在线监测系统，其特征在于，包括上位机软件、信号采集模块、视频采集模块、电源控制模块；/n其中，所述信号采集模块通过电压传感器、电流传感器、位移传感器、电磁传感器分别采集微弧氧化过程中的电压值、电流值、电极线振动幅度和电解槽中电磁传感器值，对其处理后上传至上位机软件；/n所述视频采集模块通过CCD摄像头采集微弧氧化过程中的火花放电形态，并将视频信号上传至上位机软件；/n所述上位机软件对接收的检测信号进行分析和判别，计算膜层生长状态，进而通过电源控制模块控制微弧氧化电源；所述电源控制模块通过电源通信模块接收上位机软件指令值并将其传送至微弧氧化电源。/n

【技术特征摘要】
1.一种微弧氧化成膜过程的在线监测系统，其特征在于，包括上位机软件、信号采集模块、视频采集模块、电源控制模块；
其中，所述信号采集模块通过电压传感器、电流传感器、位移传感器、电磁传感器分别采集微弧氧化过程中的电压值、电流值、电极线振动幅度和电解槽中电磁传感器值，对其处理后上传至上位机软件；
所述视频采集模块通过CCD摄像头采集微弧氧化过程中的火花放电形态，并将视频信号上传至上位机软件；
所述上位机软件对接收的检测信号进行分析和判别，计算膜层生长状态，进而通过电源控制模块控制微弧氧化电源；所述电源控制模块通过电源通信模块接收上位机软件指令值并将其传送至微弧氧化电源。


2.根据权利要求1所述一种微弧氧化成膜过程的在线监测系统，其特征在于，所述信号采集模块包括ARM处理器、电磁感应检测电路、MAO电压检测电路、MAO电流检测电路、电极线振动检测电路、检测通信模块；
所述ARM处理器采用STM32F767IGT6芯片，且电磁感应检测电路、MAO电压检测电路、MAO电流检测电路、电极线振动检测电路分别用于接收并处理电磁传感器、电压传感器、电流传感器、位移传感器所采集的信号，并传输至ARM处理器进行计算处理，检测出MAO过程中的电磁场分布、电压值、电流值、电极线振动幅度，进而通过检测通信模块实现ARM处理器与上位机软件的信号传输。


3.根据权利要求2所述一种微弧氧化成膜过程的在线监测系统，其特征在于，所述位移传感器采用C1030型激光位移传感器，其布置在电极线端检测微弧氧化过程中电弧力使电极线产生的位移，进而得到微弧氧化过程中电弧力合力变化；
所述电极线振动检测电路包括接头J1、滤波器L1、差分接收电路和增益计算电路，位移传感器所采集的信号由接头J1接入，而后经过滤波器L1、差分接收电路和增益计算电路处理后传输至ARM处理器的ADC检测端，由ARM处理器根据检测的ADC值转换为电极线在微弧氧化过程中的位移值。


4.根据权利要求2所述一种微弧氧化成膜过程的在线监测系统，其特征在于，所述MAO电流检测电路包括接头J2、电阻R10、增益调节电路，电流传感器所采集的信号由接头J2接入，经过R10转化为电压信号，再经过增益调节电路传输至ARM处理器的ADC检测端，由ARM处理器通过电流传感器的衰减比例换算为MAO过程的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭豫鹏，袁信翊，李鑫，陆晓峰，王子恒，张晟豪，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32