電阻應變式位移傳感器在下料機重復定位精度檢測中的應用

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)

電阻應變式位移傳感器在下料機重復定位精度檢測中的應用

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)

應用沖壓保險絲和電阻應變式位移傳感器分別測量下料機的重復定位精度，通過對比分析得出，應用電阻應變式位移傳感器測量準確性更高、可靠性更強，并且能夠?qū)崟r監(jiān)控下料機的工作精度。

電阻應變式位移傳感器；下料機；重復定位精度

0 引言

下料機是借助于機械運動的作用力加壓于刀模，對材料進行切割加工的機器，是一些輕工行業(yè)不可缺少的設(shè)備。重復定位精度是下料機生產(chǎn)、加工過程中一項最重要的技術(shù)要求，重復定位精度的高低直接影響被加工產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，實時、準確、可靠地獲取下料機的重復定位精度，對于提高下料機的生產(chǎn)精度、保障其有效運行十分重要。本文提出的通過電阻應變式位移傳感器在下料機生產(chǎn)過程中實時測量重復定位精度的方法能夠進行實時檢測，準確性更高，可靠性更強。

1 研究現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)關(guān)于下料機的現(xiàn)行標準為QB/T1347—1991《下料機》，標準中對下料機工作精度的要求為“壓板作五次沖裁動作，其下限重復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，有些高端客戶對制鞋機械的加工精度要求不斷提高。例如，對于國內(nèi)制鞋機械的廠家出口到國外的產(chǎn)品，外商客戶提出，要求制鞋機械的重復定位精度不大于±0.08 mm，這就對生產(chǎn)企業(yè)提出了更高的加工精度要求，相應對檢測技術(shù)的要求也隨之提高。傳統(tǒng)的檢測重復定位精度的方法是在工作臺面壓板底平面上選擇一個光滑的測試點，將直徑大于或等于3 mm的保險絲平放，適當調(diào)節(jié)壓板高度后作沖裁動作，取5次測試值中最大值與最小值，其差的1/2應在規(guī)定范圍之內(nèi)[1]。而這種方法的缺點是不能實時獲取測量數(shù)據(jù)，必須在一次啟停過程中完成一次測量，不能準確地測量重復定位精度。

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

2 電阻應變式位移傳感器的原理

電阻應變效應是指金屬導體的電阻在導體受力產(chǎn)生變形(伸長或縮短)時發(fā)生變化的物理現(xiàn)象。當金屬電阻絲受到軸向拉力時，其長度增加而橫截面變小，引起電阻增加。反之，當它受到軸向壓力時則導致電阻減小。根據(jù)電阻定律，在溫度不變時，電阻值R與長度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)

電阻的相對變化量則為：

(3)

對于半徑為r的圓導體，A=πr2，ΔA/A=2Δr/r。

又由材料力學可知，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為導體的縱向應變，其數(shù)值一般很小，常以微應變度量；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片應變片，并組成全橋電路，拉伸彈簧一端與測量桿連接，當測量桿隨試件產(chǎn)生位移時，帶動彈簧使懸臂梁根部產(chǎn)生彎曲，彎曲所產(chǎn)生的應變與測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)簡單和使用方便等特點[4]。

3 試驗結(jié)果與分析

本文分別采用沖壓保險絲和電阻應變式位移傳感器對1臺型號為XCLB2-100的液壓擺臂下料機的重復定位精度進行檢測，廠方要求該機型的重復定位精度不大于+0.08 mm。電阻應變式位移傳感器數(shù)據(jù)采集試驗系統(tǒng)如圖1所示。該下料機的沖裁動作頻率為60次/min，在100 s范圍內(nèi)采用電阻應變式位移傳感器動態(tài)測量該機器的重復定位精度。

圖1 試驗系統(tǒng)示意圖

在相同工況條件下，選用直徑為5 mm的保險絲若干，采用沖壓保險絲的方法同時測量。

(6)

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

2種方法測量的數(shù)據(jù)比較如圖2所示。經(jīng)比較，在相同工況下100 s時間內(nèi)測量下料機的重復定位精度，采用沖壓保險絲法采集20組數(shù)據(jù)，不大于+0.08 mm的數(shù)據(jù)有6組，而采用電阻應變式位移傳感器法共計采集99組數(shù)據(jù)，不大于+0.08 mm的數(shù)據(jù)有67組。可以看出，采用沖壓保險絲法測量下料機的重復定位精度效率低下，自動化程度不高。而采用電阻應變式位移傳感器法測量可以更加真實地反映下料機的重復定位精度，并且能夠持續(xù)實時動態(tài)監(jiān)控下料機的重復定位精度。

圖2 測量數(shù)據(jù)比較

4 結(jié)語

應用電阻應變式位移傳感器測量下料機的重復定位精度，能夠?qū)崟r動態(tài)監(jiān)控下料機工作精度的狀態(tài)，給執(zhí)行機構(gòu)反饋信號，實時調(diào)整下料機的重復定位精度，從而加工出更高精度的產(chǎn)品。因此，采用電阻應變式位移傳感器動態(tài)測量下料機的重復定位精度對指導生產(chǎn)有一定的意義。

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

[2] 張明聚，王志剛.電阻應變式位移傳感器在軌道動態(tài)位移測試中的應用[J].石家莊鐵道學院學報，1994，7(1)：59～64

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

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

2014-08-25

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