陳立云 夏 楠 周 鵬

(1.江蘇省鹽城市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，江蘇 鹽城 224056；2.江蘇省設(shè)備成套有限公司，江蘇 南京 210009)

電阻應(yīng)變式位移傳感器在下料機(jī)重復(fù)定位精度檢測(cè)中的應(yīng)用

陳立云1夏 楠2周 鵬1

(1.江蘇省鹽城市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，江蘇 鹽城 224056；2.江蘇省設(shè)備成套有限公司，江蘇 南京 210009)

應(yīng)用沖壓保險(xiǎn)絲和電阻應(yīng)變式位移傳感器分別測(cè)量下料機(jī)的重復(fù)定位精度，通過對(duì)比分析得出，應(yīng)用電阻應(yīng)變式位移傳感器測(cè)量準(zhǔn)確性更高、可靠性更強(qiáng)，并且能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控下料機(jī)的工作精度。

電阻應(yīng)變式位移傳感器；下料機(jī)；重復(fù)定位精度

0 引言

下料機(jī)是借助于機(jī)械運(yùn)動(dòng)的作用力加壓于刀模，對(duì)材料進(jìn)行切割加工的機(jī)器，是一些輕工行業(yè)不可缺少的設(shè)備。重復(fù)定位精度是下料機(jī)生產(chǎn)、加工過程中一項(xiàng)最重要的技術(shù)要求，重復(fù)定位精度的高低直接影響被加工產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、可靠地獲取下料機(jī)的重復(fù)定位精度，對(duì)于提高下料機(jī)的生產(chǎn)精度、保障其有效運(yùn)行十分重要。本文提出的通過電阻應(yīng)變式位移傳感器在下料機(jī)生產(chǎn)過程中實(shí)時(shí)測(cè)量重復(fù)定位精度的方法能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，準(zhǔn)確性更高，可靠性更強(qiáng)。

1 研究現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于下料機(jī)的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為QB/T1347—1991《下料機(jī)》，標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)下料機(jī)工作精度的要求為“壓板作五次沖裁動(dòng)作，其下限重復(fù)定位精度誤差不大于±0.30 mm”。隨著制鞋工業(yè)的飛速發(fā)展，有些高端客戶對(duì)制鞋機(jī)械的加工精度要求不斷提高。例如，對(duì)于國(guó)內(nèi)制鞋機(jī)械的廠家出口到國(guó)外的產(chǎn)品，外商客戶提出，要求制鞋機(jī)械的重復(fù)定位精度不大于±0.08 mm，這就對(duì)生產(chǎn)企業(yè)提出了更高的加工精度要求，相應(yīng)對(duì)檢測(cè)技術(shù)的要求也隨之提高。傳統(tǒng)的檢測(cè)重復(fù)定位精度的方法是在工作臺(tái)面壓板底平面上選擇一個(gè)光滑的測(cè)試點(diǎn)，將直徑大于或等于3 mm的保險(xiǎn)絲平放，適當(dāng)調(diào)節(jié)壓板高度后作沖裁動(dòng)作，取5次測(cè)試值中最大值與最小值，其差的1/2應(yīng)在規(guī)定范圍之內(nèi)[1]。而這種方法的缺點(diǎn)是不能實(shí)時(shí)獲取測(cè)量數(shù)據(jù)，必須在一次啟停過程中完成一次測(cè)量，不能準(zhǔn)確地測(cè)量重復(fù)定位精度。

目前，電阻應(yīng)變式位移傳感器因具有高靈敏度、高測(cè)量精度和強(qiáng)抗干擾性的特點(diǎn)，而被大量應(yīng)用于工業(yè)測(cè)量領(lǐng)域，如在軌道動(dòng)態(tài)位移測(cè)試中的應(yīng)用等[2]。

2 電阻應(yīng)變式位移傳感器的原理

電阻應(yīng)變效應(yīng)是指金屬導(dǎo)體的電阻在導(dǎo)體受力產(chǎn)生變形(伸長(zhǎng)或縮短)時(shí)發(fā)生變化的物理現(xiàn)象。當(dāng)金屬電阻絲受到軸向拉力時(shí)，其長(zhǎng)度增加而橫截面變小，引起電阻增加。反之，當(dāng)它受到軸向壓力時(shí)則導(dǎo)致電阻減小。根據(jù)電阻定律，在溫度不變時(shí)，電阻值R與長(zhǎng)度l成正比，與橫截面積A成反比，與電阻率ρ成正比[3]。即：

(1)

電阻的變化量為：

(2)

電阻的相對(duì)變化量則為：

(3)

對(duì)于半徑為r的圓導(dǎo)體，A=πr2，ΔA/A=2Δr/r。

又由材料力學(xué)可知，在彈性范圍內(nèi)：

Δl/l=ε,Δr/r=-με

(4)

那么從公式(3)推出：

(5)

式中，ε為導(dǎo)體的縱向應(yīng)變，其數(shù)值一般很小，常以微應(yīng)變度量；μ為電阻絲材料的泊松比，一般金屬絲μ=0.3～0.5；Ks為電阻的靈敏系數(shù)，一般金屬絲Ks=1.6～2.0。

電阻應(yīng)變式位移傳感器是以彈簧和懸臂梁串聯(lián)作為彈性元件，在矩形界面懸臂梁根部正反兩面貼4片應(yīng)變片，并組成全橋電路，拉伸彈簧一端與測(cè)量桿連接，當(dāng)測(cè)量桿隨試件產(chǎn)生位移時(shí)，帶動(dòng)彈簧使懸臂梁根部產(chǎn)生彎曲，彎曲所產(chǎn)生的應(yīng)變與測(cè)量桿的位移呈線性關(guān)系。這種傳感器具有線性好、分辨率較高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和使用方便等特點(diǎn)[4]。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

本文分別采用沖壓保險(xiǎn)絲和電阻應(yīng)變式位移傳感器對(duì)1臺(tái)型號(hào)為XCLB2-100的液壓擺臂下料機(jī)的重復(fù)定位精度進(jìn)行檢測(cè)，廠方要求該機(jī)型的重復(fù)定位精度不大于+0.08 mm。電阻應(yīng)變式位移傳感器數(shù)據(jù)采集試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示。該下料機(jī)的沖裁動(dòng)作頻率為60次/min，在100 s范圍內(nèi)采用電阻應(yīng)變式位移傳感器動(dòng)態(tài)測(cè)量該機(jī)器的重復(fù)定位精度。

圖1 試驗(yàn)系統(tǒng)示意圖

在相同工況條件下，選用直徑為5 mm的保險(xiǎn)絲若干，采用沖壓保險(xiǎn)絲的方法同時(shí)測(cè)量。

(6)

式中，ξ為重復(fù)定位精度(mm)；b為保險(xiǎn)絲受壓方向的高度(mm)；i為保險(xiǎn)絲編號(hào)，為1～5。

2種方法測(cè)量的數(shù)據(jù)比較如圖2所示。經(jīng)比較，在相同工況下100 s時(shí)間內(nèi)測(cè)量下料機(jī)的重復(fù)定位精度，采用沖壓保險(xiǎn)絲法采集20組數(shù)據(jù)，不大于+0.08 mm的數(shù)據(jù)有6組，而采用電阻應(yīng)變式位移傳感器法共計(jì)采集99組數(shù)據(jù)，不大于+0.08 mm的數(shù)據(jù)有67組。可以看出，采用沖壓保險(xiǎn)絲法測(cè)量下料機(jī)的重復(fù)定位精度效率低下，自動(dòng)化程度不高。而采用電阻應(yīng)變式位移傳感器法測(cè)量可以更加真實(shí)地反映下料機(jī)的重復(fù)定位精度，并且能夠持續(xù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控下料機(jī)的重復(fù)定位精度。

圖2 測(cè)量數(shù)據(jù)比較

4 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用電阻應(yīng)變式位移傳感器測(cè)量下料機(jī)的重復(fù)定位精度，能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控下料機(jī)工作精度的狀態(tài)，給執(zhí)行機(jī)構(gòu)反饋信號(hào)，實(shí)時(shí)調(diào)整下料機(jī)的重復(fù)定位精度，從而加工出更高精度的產(chǎn)品。因此，采用電阻應(yīng)變式位移傳感器動(dòng)態(tài)測(cè)量下料機(jī)的重復(fù)定位精度對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)有一定的意義。

[1] 中華人民共和國(guó)輕工業(yè)部.QB/T1347—1991 下料機(jī)[S].中國(guó)輕工業(yè)出版社，1992

[2] 張明聚，王志剛.電阻應(yīng)變式位移傳感器在軌道動(dòng)態(tài)位移測(cè)試中的應(yīng)用[J].石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，1994，7(1)：59～64

[3] 梁福平.傳感器原理及檢測(cè)技術(shù)[M].華中科技大學(xué)出版社，2010

[4] 昌學(xué)年，姚毅，閆玲.位移傳感器的發(fā)展及研究[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2009，36(9)：42～44

2014-08-25

陳立云(1984—)，男，江蘇鹽城人，工程師，主要從事機(jī)電產(chǎn)品的檢測(cè)與研究工作。