專利名稱：研究壓力機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于模擬生產(chǎn)線過程的裝置和方法，更具體地講涉及一種用于模 擬輥隙型工藝中工件上的一個或多個區(qū)域的各種變形模式的裝置和方法。本發(fā)明也涉及一 種用于多種基礎(chǔ)材料測試用途/模式的裝置和方法，所述基礎(chǔ)材料測試用途/模式包括但 不限于純壓縮、平面變形、純剪切、振動粘彈性等。
背景技術(shù)：
在生產(chǎn)線上采用多種工藝。實例包括壓縮加載，例如熔合粘合工藝，其可在輥 隙型工藝中的工件/纖維網(wǎng)材料上的多個點位或離散位置上執(zhí)行。例如，參見美國專利 4，854，984和4，919，738。例如，熔合粘合工藝可涉及使工件例如熱塑性雙層纖維網(wǎng)材料通 過由兩個輥限定的輥隙，其中一個輥具有多個隆起(protuberance)。通過在兩輥之間的點 位借助于隆起來壓縮工件/纖維網(wǎng)材料，在這些點位可產(chǎn)生摩擦粘合。即，在每個點位處使 材料流動或熔化。如果工件/纖維網(wǎng)材料包括兩層或更多層，可使那些層在每個位點相互 粘合。然而，在生產(chǎn)型工藝中，工件/纖維網(wǎng)材料經(jīng)受的精準載荷和輥隙通常由于幾個原因 而不能被準確地測量，這些原因包括但不限于壓力表上的精確度限值、設(shè)備慣性載荷的包 含、設(shè)備的振動和在輥隙點處那些振動對輥隙的影響等。期望具有可使用與當前和實際生產(chǎn)工藝速度相一致的速度來模擬工藝的壓力機。 也期望具有可精確地測量在各種生產(chǎn)工藝期間工件或纖維網(wǎng)材料所經(jīng)歷的項的壓力機。發(fā)明概述在一個實施方案中，本發(fā)明是一種模擬壓力機，其包括主體，所述主體具有連結(jié)到 其上的致動器，使得所述致動器基本上與主體的縱向?qū)ΨQ軸線軸向?qū)R。致動器具有一般 在與主體相同的平面上沿著主體的縱向?qū)ΨQ軸線以直線移動的動面。第一平板可操作地連 接到主體上。第一平板適于接合工件。第二平板可操作地連接到致動器上以便隨致動器的 動面移動。第二平板適于接合工件。壓力機也包括連接到致動器的驅(qū)動控制器，所述驅(qū)動 控制器用于響應(yīng)來自至少一個反饋傳感器的反饋而控制致動器的運行，以使第二平板相對 于第一平板移動，從而使第一平板和第二平板在工件上接合至少一個點位。在另一個實施方案中，本發(fā)明是一種模擬在生產(chǎn)線型工藝中工件上某一區(qū)域的加 載的方法，所述方法包括以下步驟提供包括至少一層的工件；提供具有第一表面的第一 平板，第一平板可操作地連接到底座上；提供具有第二表面的第二平板，第二平板可操作地 連接到致動器的電樞上，致動器還連接到底座上使得致動器電樞的移動方向基本上與底座 的縱向?qū)ΨQ軸線對齊并且大致位于與底座相同的平面上；和相對于第一平板和第二平板中 的一個移動第一平板和第二平板中的另一個，使得第一和第二表面壓縮工件上的點位，以 模擬生產(chǎn)線型工藝中工件上的點位的壓縮加載。盡管本文公開了多個實施方案，但對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來講，本發(fā)明的更多其 它實施方案將由以下發(fā)明詳述變得顯而易見，所述發(fā)明詳述顯示和描述了本發(fā)明的例證性 實施方案。如將會認識到的那樣，本發(fā)明能夠在各種明顯的方面進行變型，但均不脫離本發(fā) 明的實質(zhì)和范圍。因此，附圖和發(fā)明詳述在性質(zhì)上旨在被看作是例證性的而非限制性的。
附圖概述雖然本說明書通過特別指出并清楚地要求保護形成本發(fā)明主題的權(quán)利要求作出 結(jié)論，但據(jù)信通過下述結(jié)合附圖的說明可更好地理解本發(fā)明，其中

圖1是實現(xiàn)輥隙型工藝的第一和第二輥的示意圖。圖2A是采用根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機的多軸加載的示意圖。圖2B是采用根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機的多軸加載的示意圖。圖2C是采用根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機的多軸加載的示意圖。圖3A是采用根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機的剪切模擬的示意圖。圖3B是采用根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機的拉伸加載的示意圖。圖3C是采用根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機的彎曲模擬的示意圖。圖4A是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機的接合分布曲線圖。圖4B是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機的接合分布曲線圖。圖4C是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機的接合分布曲線圖。圖5A為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機的透視圖。圖5B為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機的側(cè)視圖。圖5C為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機的頂視圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機的分解示意圖。圖7為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機的基架的透視圖。圖8為根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機底座的透視圖。圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機的后致動器支撐件的透視圖。圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機的模擬組件的透視圖。圖11A是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機的動板組合件的分解視圖。圖11B是如圖11A所示壓力機的動板組合件的透視圖。圖12A是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機的背板組合件的分解視圖。圖12B是如圖12A所示壓力機的背板組合件的透視圖。圖13是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機的材料保持器的透視圖。圖14是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機的模擬組件的透視圖。圖15是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機的安全釋放板和背板氣袋的透視 圖。圖16A是在熔合或粘合型操作的接合期間根據(jù)本發(fā)明的一個實施方 的壓力機 工裝板的一個實施方案的側(cè)視圖。圖16B是在熔合或粘合型操作的接合期間根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機 的一個實施方案的工裝板的一個實施方案的側(cè)視圖。圖17A是在活化型操作的接合期間根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機工裝板 的另一個實施方案的側(cè)視圖。圖17B是在活化型操作的接合期間根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機工裝板 的另一個實施方案的側(cè)視圖。圖18是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機的運動軌跡圖。圖19是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機的與接近時間成函數(shù)關(guān)系的在接近曲線上所獲得的最大速度的變化的圖形。圖20是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機的接近曲線的最終位移、速度和加 速度曲線。圖21是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的壓力機的完整運動軌跡的最終位移、速度 和加速度曲線。發(fā)明詳述本發(fā)明是一種用于模擬生產(chǎn)線過程期間或各種其它變形工藝或測試工件的力學(xué) 響應(yīng)期間工件或纖維網(wǎng)材料的操作的新型和有利的壓力機。各種生產(chǎn)線工藝中的任一種均 可用本文所述的本發(fā)明進行模擬，包括但不限于在工件/纖維網(wǎng)材料的點位上進行壓縮加 載。所模擬的壓縮加載可包括但不限于由熔合粘合輥產(chǎn)生的壓縮加載。如圖1所示，熔合 粘合工藝和系統(tǒng)10可涉及將諸如熱塑性雙層纖維網(wǎng)材料之類的工件W通過由輥12和14 所限定的輥縫N，其中第一輥12可具有多個隆起16。通過在點位WPS用隆起16壓縮工件/ 纖維網(wǎng)材料，在那些點位可產(chǎn)生摩擦粘合。即，可使材料在每個點位WPS流動或熔融。如果 工件/纖維網(wǎng)材料包括兩層或更多層，可使那些層在每個點位彼此粘合。在一些實施方案 中，在生產(chǎn)線工藝期間使材料流動或熔融可能并不可取。在某些實施方案中，可在生產(chǎn)線上 執(zhí)行除了壓縮點位以外的操作，例如但不限于拉伸、切害IJ、穿孔等。在某些實施方案中，生產(chǎn) 線工藝可涉及任何輥速、力、切割、穿孔、粘合等。示例工件材料包括熱塑性纖維網(wǎng)、薄膜、纖 維或顆粒結(jié)塊、由前述材料中的一種或更多種制成的復(fù)合材料等，例如聚乙烯纖維網(wǎng)、薄膜 等。這些材料可包括任何適用厚度的一層或更多層。例如，每層均可介于約0.05mm和約 5mm之間，介于約0. 1mm和約10mm之間，小于0. 05mm，或大于約10mm。再次參見圖1，在生產(chǎn)線工藝的一種型式例如輥隙型工藝期間，隆起16和接合輥 或第二輥14的對應(yīng)部分14a可壓縮工件W上的點位WPS足夠量至足夠的溫度并達到足夠的 速度，以使在點位WPS<F1處的材料由于準絕熱非彈性發(fā)熱而流動或熔融。如果工件W包括 兩層或更多層材料，則那些層可粘合到一起。應(yīng)當注意，在熔合粘合操作期間，隆起16和對 應(yīng)部分14a可處在基本上等于環(huán)境溫度的溫度下或者被加熱到環(huán)境以上的溫度。在一些實 施方案中，并不希望使材料流動或熔融。在某些實施方案中，可模擬除了壓縮點位以外的其 它操作，例如但不限于拉伸、切割、穿孔等。在某些實施方案中，可采用本發(fā)明的壓力機模擬 任何輥速、力、切割、穿孔、粘合等。例如，在某些實施方案中，可能希望通過模擬理想和非理 想的、預(yù)期和非預(yù)期的、計算和非計算的等輥速、力、切割、穿孔、粘合等來測試樣件加工方 法的邊界條件。此外，在某些實施方案中，可能希望執(zhí)行多種材料測試用途/模式，包括但 不限于純壓縮、平面變形、純剪切、振動粘彈性等。在某些實施方案中，本文所述的本發(fā)明可 用來模擬工件在生產(chǎn)線過程期間可能經(jīng)歷的搖動例如折疊。在某些實施方案中，本文所述的本發(fā)明可用來模擬組合的多軸加載。組合的多軸 加載可用來了解材料的屈服面硬化行為以及模擬生產(chǎn)條件。例如，在生產(chǎn)環(huán)境中，有時輥例 如輥12或14中的一個，表面速度略微快于配對輥。這種表面速度差可通過相對于任一個 工裝板(下面將詳細討論)垂直于致動器的作用線(如圖2A所示)移動另一個工裝板以 在壓力機事件期間施加有代表性的速度來模擬。在一個實施方案中，包括壓縮和橫向剪切 整個材料厚度的組合加載可通過相對于致動器作用線按角度a放置工裝板來模擬，如圖 2B所示。在某些實施方案中，包括壓縮和平面內(nèi)剪切的組合加載可通過相對于任一工裝板轉(zhuǎn)動另一個工裝板來模擬，如圖2C所示。應(yīng)當認識到，可采用本文所述壓力機的各種實施 方案執(zhí)行其它組合的多軸加載。在某些實施方案中，本發(fā)明可用來測量和了解在各種工藝期間材料的力學(xué)響應(yīng)以 及測量材料的本構(gòu)性質(zhì)。這可允許在材料性質(zhì)、工藝條件以及產(chǎn)品質(zhì)量和性能之間建立聯(lián) 系。例如，本發(fā)明的壓力機可用來模擬或測試剪切、拉伸加載和彎曲，如圖3A、3B和3C所示。 實例模擬例如以上實例模擬的實例試驗結(jié)果曲線示于圖4A、4B和4C中。在一個實施方案 中，可通過活化在壓力機上實現(xiàn)拉伸加載。在某些實施方案中，如圖3B所示，拉伸加載可通 過使致動器遠離背板組合件(下面將詳細討論)而不是朝向它移動而實施。在某些實施方 案中，實驗室剪切加載可為可能的。根據(jù)本發(fā)明的壓力機20的一個實施方案示于圖5A至5C中。壓力機20 —般可包 括基架36、底座22、支撐氣袋24、致動器26、后致動器支撐件28、動板組合件30、背板組合 件32和背板氣袋34中的一些或全部。如可從圖5B和5C中所見，可將致動器26大體軸向 地放置在底座22的縱向?qū)ΨQ軸線上(如短劃線‘L’所示)。在一些實施方案中，可設(shè)置縱 向軸線L基本上距底座22的頂部和底部表面等距并且距底座22的側(cè)表面基本上等距。艮口， 一般可沿著底座22的中心縱向?qū)ΨQ軸線來設(shè)置縱向軸線L。換句話講，可將致動器26大體 設(shè)置在與底座22相同的平面上。這可具有以下有益效果與致動器26的電樞加速度有關(guān) 的慣性力然后基本上可不在底座22上施加彎曲力并激發(fā)底座22的平面外振動模式。關(guān)于圖6，其示出了根據(jù)本發(fā)明的壓力機20的又一個實施方案的分解視圖。壓力 機20 —般可包括基礎(chǔ)板40、基架36、支撐氣袋24、頂板44、安全止擋42、底座22、耳軸座支 撐件72、致動器26、后致動器支撐件28、排氣裝置62、動板組合件30、背板組合件32、上托 帶116、線性軸承122、入口區(qū)52、后塊114、安全釋放板118、背板氣袋34和驅(qū)動控制器200。 應(yīng)當認識到，前述元件不構(gòu)成期望壓力機組件(部分地或全部地)的清單，也不構(gòu)成根據(jù)本 發(fā)明可采用的所有組件的詳盡清單。即，可去除圖6所示組件中的幾個或者可包括更多的 組件以實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的壓力機20的一個實施方案。至于扣接、安裝、連結(jié)或連接本發(fā)明的壓力機組件以將系統(tǒng)形成一個整體，除非另 外明確說明，此將包含通過任何適用方法進行扣接。適用扣接方法的實例包括使用諸如螺 絲、螺母和螺栓連接器、鉚釘、栓扣、銷釘?shù)戎惖某Ｒ?guī)扣件。此外，在適當時，組件也可通過 焊接、摩擦配合、變形等進行連接或耦接?？刹捎煤线m的電氣組件和電氣連接方法進行電氣 組件和電氣連接，包括常規(guī)的組件和連接器。用于測量載荷、加速度等的測量裝置可選自適 用于本發(fā)明的此類測量裝置。例如，諸如傳感器、變換器等之類的裝置可選自適用于本發(fā)明 的任何此類測量裝置。除非另外明確描述或說明，用于制造本發(fā)明的組件的材料可選自任 何合適的材料，其包括但不限于諸如金屬、金屬合金、纖維、塑料、陶瓷等之類的材料、以及 這些材料的任何適用組合。類似地，用于制造本發(fā)明的組件的任何材料可通過包括鑄造、擠 壓、模塑和機加工在內(nèi)的任何合適的制造和/或生產(chǎn)方法進行制造。對于圖7，壓力機20的一個實施方案可包括基礎(chǔ)板40?；A(chǔ)板40任選地可通過 任何適用的方式固定接地，包括但不限于將基礎(chǔ)板40螺栓接地，將基礎(chǔ)板40焊接接地等。 作為另外一種選擇，基礎(chǔ)板40不需要固定接地。可將基架36安裝在基礎(chǔ)板40的頂部上。 將基架36安裝到基礎(chǔ)板40上的任何方法均可用來將基架36安裝到基礎(chǔ)板40上。在圖7 所示的一個實施方案中，可用螺栓將基架36安裝到基礎(chǔ)板40上。盡管具有圖7所示的四個基架36，然而應(yīng)當認識到，根據(jù)需要，可采用更少或更多數(shù)目的基架36。再次應(yīng)當認識到 所詳細討論的壓力機20的所有組件可能不是必需的。例如，可將基礎(chǔ)板40從壓力機20的 一些實施方案中排除。類似地，可將基架36從壓力機20的一些實施方案中排除，例如在壓 力機20可從天花板或其它適用結(jié)構(gòu)懸吊下來的場合。在一些實施方案中，可提供支撐氣袋24。支撐氣袋24可根據(jù)需要進行安裝，包括 安裝在基架36的頂部上以及在基架36和底座22之間。在某些實施方案中，支撐氣袋24可 包括用于將底座22連結(jié)到支撐氣袋24上的頂板44。在其它實施方案中，可排除頂板44。 在壓力機20的某些實施方案中，可希望隔絕底座，并因此隔絕所連結(jié)的零件，包括致動器 26、動板組合件30和背板組合件32在內(nèi)。因此，在一些實施方案中，支撐氣袋24可幫助將 這些組件與外部環(huán)境例如外部地面振動隔開，因為外部環(huán)境可影響壓力機20所獲得的任 何數(shù)據(jù)。即，支撐氣袋24可將底座22和所連結(jié)的零件與例如但不限于進入系統(tǒng)的外部振 動和外部噪聲隔開。支撐氣袋24也可把外部環(huán)境與壓力機20引起的振動隔開。應(yīng)當認識 到，在一些實施方案中，不需要提供支撐氣袋24。在一個實施方案中，基架36還可包括安全止擋42?？煽拷螝獯?4將安全止 擋42固定安裝到基架36的頂部并可滑動地連接到底座22上。在備選實施方案中，安全止 擋42可固定安裝到底座22上并靠近支撐氣袋24可滑動地連接到基架36的頂部上。如果 支撐氣袋24失效，安全止擋42可給底座22提供支撐。在另一個實施方案中，如果支撐氣 袋24失效，安全止擋42可將底座22保持在基架36上。類似地，在意外或偶然事故期間安 全止擋42可將底座22保持在基架36上，例如在底座22否則會從基架上跌落的地震或任 何其它事故的場合，例如壓力機20受到例如一臺機械的偶然撞擊。參見圖5A和8，可將底座22安裝(包括固定安裝)在支撐氣袋24的頂部或者更 具體地講頂板44上。在一個實施方案中，底座22可又重又硬，或者是堅硬或不可彎曲的， 使得它具有高慣量。在一些實施方案中，底座22可基本上又重又硬。在某些實施方案中， 底座22與壓力機20的一些其它組件相比又重又硬。例如，底座22的重量和/或剛度可為 壓力機20的一些其它組件的約兩倍，為壓力機的一些其它組件的重量和/或剛度的約三 倍，為一些其它組件的重量和/或剛度的約十倍，或者任何合適的成倍非零值。同樣地，底 座22可提供例如與外部和內(nèi)部振動、噪聲等的進一步隔離。類似地，底座22可提供穩(wěn)定的 結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)當壓力機20在運行時既不容易彎曲也不受由致動器26產(chǎn)生的慣性力或力 矩的影響。在某些實施方案中，壓力機20的其它組件可象底座22—樣重和硬。底座22可 具有任何適用的重量或剛度。在一個實施方案中，底座22可用鋼制造，但應(yīng)當認識到，底座 22可用許多材料制造，例如但不限于任何金屬、塑料、石墨等或者材料的任何組合。在另一 個實施方案中，底座22可包括入口區(qū)52，其可將開放區(qū)分成兩部分，模擬區(qū)54和背板氣袋 區(qū)56?，F(xiàn)在參見圖5A、9和10，可將后致動器支撐件28安裝到底座22和致動器26上，使 得后致動器支撐件28被安裝在底座22和致動器26之間。后致動器支撐件28可給致動器 26提供強度和剛度。在一個實施方案中，后致動器支撐件28可包括排氣裝置62，該排氣裝 置可進一步連接到排氣系統(tǒng)或風(fēng)扇上以將熱量抽離致動器26。應(yīng)當認識到，在壓力機20的 一些實施方案中可排除后致動器支撐件28。如圖10所示，在一個實施方案中，致動器26可采用耳軸座支撐件72連結(jié)到底座22上。致動器26可包括外殼和前動面112，如圖11A所示，動板組合件30可連結(jié)在其上。 在另一個實施方案中，致動器26可為聲圈型振動激勵器，例如電動振動器系統(tǒng)。然而，應(yīng)當 認識到，可采用其它適用的致動器系統(tǒng)例如但不限于滑塊曲柄機構(gòu)、線性馬達或液壓取代 聲圈型振動激勵器。在一個實施方案中，還可設(shè)計致動器26用于高帶寬控制。在某些實施 方案中，可設(shè)計致動器26的電樞機構(gòu)在致動器控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的帶寬內(nèi)不具有 任何結(jié)構(gòu)共振。致動器26還可包括傳感器例如線性編碼器或其它適用編碼器，用于測量致動器 的電樞例如前動面112相對于致動器26外殼的相對位置。在一個實施方案中，可將傳感器 用于致動器26循環(huán)期間的實時位置反饋控制。如前所述，可將致動器26基本上軸向地設(shè)置在底座22的對稱軸線上。在一些實 施方案中，可設(shè)置縱向軸線距底座22的頂部和底部表面大體等距并距底座22的側(cè)表面大 體等距。即，可大體沿著底座22的中心縱向軸線設(shè)置縱向?qū)ΨQ軸線。換句話講，可將致動 器26基本上設(shè)置在與底座22相同的平面上。壓力機20某些部分的運動可引起所測力的誤差并也可導(dǎo)致間隙測量上的差誤。 因此，在一些實施方案中，可將致動器26基本上軸向地設(shè)置在底座22的縱向?qū)ΨQ軸線上， 使得與如果不將致動器26大體軸向地設(shè)置在底座22的縱向?qū)ΨQ軸線上所存在的影響相 比，在壓力機20在運行時彎曲力例如慣性力和/或力矩對壓力機20影響不大。在一些實 施方案中，可將致動器26大致軸向地設(shè)置在底座22的縱向?qū)ΨQ軸線上，使得壓力機20的 彎曲力不存在。因此，在一些實施方案中，壓力機20的彎曲力在壓力機20運行期間可被忽 略。即，壓力機20的彎曲力可被減小或可不存在，因此當確定工藝對工件的影響時不需要 進行考慮?，F(xiàn)在參見圖10、11A和11B。圖11A顯示動板組合件30的組件的一個實施方案的 分解視圖，而圖11B顯示組件裝配起來。動板組合件30可包括安裝到致動器26的前動面 112上的隔熱板90和加熱/冷卻塊88，使得隔熱板90位于前動面112和加熱/冷卻塊88 之間。隔熱板90可將致動器26與加熱/冷卻塊88的變化溫度隔絕。在一些實施方案中，可控制加熱/冷卻塊88和加熱/冷卻塊98 (參見圖10、12A和 12B)的溫度，并且在其它實施方案中，可獨立地控制它們。在一個實施方案中，可將乙二醇 管線連接到加熱/冷卻塊88上以降低加熱/冷卻塊88的溫度。作為另外一種選擇，可采 用除了乙二醇以外的液體或制冷劑。類似地，應(yīng)當認識到，可采用冷卻加熱/冷卻塊88的 任何適用方法來降低加熱/冷卻塊88的溫度，包括但不限于通過將空氣循環(huán)過加熱/冷卻 塊88等而空冷。在一個實施方案中，可在加熱/冷卻塊88中安放加熱器來提高加熱/冷 卻塊88的溫度。作為另外一種選擇，應(yīng)當認識到，可采用加熱加熱/冷卻塊88的任何適用 方法來提高加熱/冷卻塊88的溫度。加熱/冷卻塊88還可包括測量加熱/冷卻塊88的 溫度的溫度傳感器或熱電偶。因此，可采用驅(qū)動控制器200或獨立的控制系統(tǒng)提高或降低 加熱/冷卻塊88的溫度以在整個模擬中保持期望的溫度?？蓪⒐ぱb板86安裝到加熱/冷卻塊88上。作為另外一種選擇，工裝板86可與加 熱/冷卻塊88成一整體。工裝板86可提供圖1所示的壓縮輥12或14之一的模擬表面。 在一個實施方案中，工裝板86可為可互換的并可根據(jù)需要進行更換以模擬不同的變形工 藝，例如活化、熔合粘合、壓花、卷曲等。圖11A和11B將工裝板86顯示為具有基本上平的表面。然而，工裝板86可包括隆起、圖案、多個隆起或圖案、凹陷、凹槽等或模擬期望要的任 何其它特性。在一個實施方案中，工裝板86包括結(jié)節(jié)。結(jié)節(jié)可為任何期望的尺寸，包括任 何非零尺寸，或約0. 1mm至約50mm或更大，或約1mm至約10mm，或約2mm等。動板組合件30可包括安裝到加熱/冷卻塊88上的靶塊84。在一個實施方案中， 可將靶板82安裝到靶塊84上用于與背板組合件32的光學(xué)位置傳感器92 —同使用。靶板 82可為反射鏡。在實施方案中，靶板82可與電容位置傳感器而不是光學(xué)位置傳感器92 — 同使用。作為另外一種選擇，可采用其它種類的傳感器，例如但不限于渦流傳感器等。靶板 82和傳感器92可測量工裝板86和100之間的間隙。在致動器26的每次循環(huán)期間，傳感 器92可測量工裝板86和100之間的間隙。除了生成材料應(yīng)力應(yīng)變特性之外，間隙數(shù)據(jù)可 用來更新命令給用于下一循環(huán)的實時位置控制回路(其可采用線性編碼器用于實時位置 反饋)。來自傳感器92的反饋間隙數(shù)據(jù)可用來調(diào)整下一循環(huán)在間隙測量值和用線性編碼器 所測量的電樞位置之間的偏差。如前所述，應(yīng)當認識到，對于壓力機20的所有實施方案，不是所詳細描述的所有 組件均需要提供。例如，根據(jù)本發(fā)明的壓力機20的一個實施方案，可排除或更改隔熱板90、 加熱/冷卻塊88、乙二醇管線、加熱器、工裝板86、靶塊84、靶板82等，并且所得的壓力機將保持?，F(xiàn)在參見圖10、12A和12B。圖12A顯示背板組合件32的組件的一個實施方案的 分解視圖。圖12B顯示各組件裝配起來。背板組合件32可包括位置傳感器92。如前所述， 位置傳感器92可為電容傳感器、光學(xué)傳感器、渦流傳感器等。在如圖12A和12B所示的一 個實施方案中，位置傳感器92可為與靶板82 (例如，反射鏡)協(xié)同所用的光學(xué)傳感器以測 量工裝板86和100之間的間隙。可將負載傳感器104和加速度計102安裝到支撐塊94上。負載傳感器104和加 速度計102可有助于主動間隙控制。例如，在一些實施方案中，可不補償間隙測量值(工裝 板86和100之間的距離)以通過測量背板組合件32的移動并從間隙測量值減去移動量來 計算壓力機20所模擬的實際間隙。在一些實施方案中，在動態(tài)條件下，可不忽略慣性加速 度和慣性力。負載傳感器104可測量施加到背板組合件32上的反作用力或支撐力。只要 背板組合件32不具有加速度，該反作用力一般等于施加到工件/纖維網(wǎng)材料上的真實力。 如果背板組合件32具有加速度，則由負載傳感器104測量的反作用力可不同于由等于引起 背板組合件32加速度的慣性力的量施加到工件/纖維網(wǎng)材料上的真實力。加速度計102 可測量背板組合件32的加速度。慣性力可通過將加速度計102測得的加速度乘以背板組 合件32的質(zhì)量來確定。施加到工件/纖維網(wǎng)材料上的真實力可通過將慣性力加到由負載 傳感器104測得的反應(yīng)力來獲得。因此，壓力機20可適于主動間隙控制。即，壓力機20可用來以包括工件/纖維網(wǎng) 材料所經(jīng)受的力的方式測量施加到工件/纖維網(wǎng)材料上的力，而來自外部載荷的力(包括 但不限于來自設(shè)備的慣性載荷、來自壓力機外部源的振動等)則被過濾。在一些實施方案 中，可將動態(tài)間隙(即在壓力機20運行期間在任何時間點測得的間隙)測量達到處于大于 工件/纖維網(wǎng)材料在被壓力機20所模擬的實際工藝期間所經(jīng)歷間隙值的數(shù)量級的精確度 水平。例如，壓力機20在模擬期間可測量動態(tài)間隙達到大致約1 P m的精確度。可將隔熱板96安裝到支撐塊94和加熱/冷卻塊98上，使得可將隔熱板96安裝在支撐塊94和加熱/冷卻塊98之間。隔熱板96可將負載傳感器104和加速度計102與 加熱/冷卻塊98的變化溫度隔開。與加熱/冷卻塊88類似，可控制加熱/冷卻塊98的溫度，包括獨立控制在內(nèi)。在 一個實施方案中，可將乙二醇管線連接到加熱/冷卻塊98上以降低加熱/冷卻塊98的溫 度。作為另外一種選擇，可采用除了乙二醇之外的液體或制冷劑。類似地，應(yīng)當認識到，冷 卻加熱/冷卻塊98的任何方法均可用來降低加熱/冷卻塊98的溫度，例如通過將空氣循 環(huán)過加熱/冷卻塊98進行等空冷。在一個實施方案中，在加熱/冷卻塊98中可安放加熱 器以提高加熱/冷卻塊98的溫度。作為另外一種選擇，應(yīng)當認識到，用于加熱加熱/冷卻 塊98的任何技術(shù)均可用來提高加熱/冷卻塊98的溫度。加熱/冷卻塊98還可包括測量 加熱/冷卻塊98溫度的溫度傳感器或熱電偶。因此，可采用驅(qū)動控制器200或獨立的控制 系統(tǒng)自動地提高或降低加熱/冷卻塊98的溫度來在整個模擬期間保持期望溫度。可將工裝板100安裝到加熱/冷卻塊98上。作為另外一種選擇，工裝板100可與 加熱/冷卻塊98成一整體。工裝板100可提供圖1所示的壓縮輥12或14之一的模擬表 面。通常，用工裝板100所模擬的壓縮輥將是用動板組合件30的工裝板86所模擬的對輥。 工裝板100可為可互換的并可根據(jù)需要進行更換以模擬不同的變形工藝，例如活化、熔合 粘合、壓花、卷曲等。圖12A和12B將工裝板100顯示為具有基本上平的表面。然而，工裝 板100可包括隆起、圖案、多個隆起或圖案或模擬期望要的任何其它特性。在一個實施方案中，工裝板100可為基本上平的。工裝板100可模擬平滑、平直或 空白的壓縮輥，即砧輥，例如圖1的輥隙工藝中所示的輥14。工裝板86或100中的任一個或 兩個可提供具有隆起、圖案、多個隆起或圖案等的表面，或者可提供平滑、平直的表面。艮口， 工裝板86或100可提供用于模擬任何工藝類型例如活化、熔合粘合、壓花、卷曲等的表面。 類似地，工裝板86或100可提供模擬砧輥的表面。在一個實施方案中，工裝板86和100可 提供相同或基本類似的表面。作為另外一種選擇，工裝板86和100可提供通常不一樣的表再次應(yīng)當認識到，對于壓力機20的所有實施方案，并非所詳述的所有組件均需要 被提供。例如，根據(jù)本發(fā)明的壓力機20的一個實施方案，可排除或更改位置傳感器92、負載 傳感器104、加速度計102、隔熱板96、加熱/冷卻塊98、乙二醇管線、加熱器、工裝板100等 并且所得的壓力機將保持?？蓪⒉牧蠆A持器106可拆卸地設(shè)置在動板組合件30和背板組合件32之間，如圖 10所示。參見圖13，材料夾持器106 —般可包括可夾住材料樣本110兩端的材料夾108。 可設(shè)置材料夾持器108使得材料夾108將材料樣本110夾在動板組合件30的工裝板86和 背板組合件32的工裝板100之間。在生產(chǎn)線工藝中，不同的工件/纖維網(wǎng)材料在將它們移 動過輥例如輥12和14時可表現(xiàn)出不同的應(yīng)力或應(yīng)變特性。類似地，不同的工藝例如活化、 熔合粘合、壓花、卷曲等可使工件/纖維網(wǎng)材料服從于不同的應(yīng)力和應(yīng)變。換句話講，例如， 在輥隙型工藝中經(jīng)過輥12和14的工件/纖維網(wǎng)材料在它們通過輥12和14之間時可表現(xiàn) 出不同程度的伸展。在變形工藝期間在工件上的面內(nèi)加載量可影響材料的應(yīng)力/應(yīng)變和完 成工藝后所得材料的最終狀態(tài)。同樣，可設(shè)計材料夾持器106將平面應(yīng)力/應(yīng)變施加到材 料樣本110上。在一個實施方案中，為產(chǎn)生模擬工件/纖維網(wǎng)材料的這些不同應(yīng)力和應(yīng)變 的能力，材料夾108可為活動的，使得可將應(yīng)變或應(yīng)力施加到材料樣本110上。
如可在圖6、10和14中所見，背塊114可連結(jié)到背板組合件32的后面。背塊114 還可連結(jié)到上托帶116上。在一個實施方案中，可采用線性軸承122來將背塊114連結(jié)到上 托帶116上。在另一個實施方案中，可提供線性軸線122以允許背板組合件32和背塊114 按直線方向移動，將有不可取的或不希望的一些事情發(fā)生。上托帶116還可被安裝到底座 22的入口區(qū)52上以給背板組合件32提供進一步的支撐、強度和剛度。同樣，可將背塊114 設(shè)置在入口區(qū)52之間的區(qū)域中。在另一個實施方案中，可將第二托帶板設(shè)置在底座22側(cè) 面之下并連結(jié)到入口區(qū)52和背塊114上并可提供進一步的支撐?？蓮膲毫C20的一些實 施方案中刪掉背塊114、上托帶116和線性軸承122中的一個或多個。還可將背塊114連結(jié)到安全釋放板118上。可將安全釋放板118安裝到背板氣袋 34上，如圖15所示?？蓪踩尫虐?18和背板氣袋34設(shè)置在底座22的背板氣袋區(qū)56 中。背板氣袋34可提供預(yù)載荷以將安全釋放板118穩(wěn)固地和牢牢地固定在適當位置抵住 入口區(qū)52，除非將可能破壞的力施加到背板組合件32上。在這種情況下，背板氣袋34可使 背板組合件32能夠撓曲，從而有可能防止損壞壓力機20的組件。作為另外一種選擇，在一 些實施方案中，壓力機20不需要包括安全釋放板118，也不需要背板氣袋34?？商峁?qū)動控制器200來用于控制致動器26的運行。在一些實施方案中，適用的 驅(qū)動控制器可為具有合適硬件和編制程序的個人計算機。應(yīng)當認識到，可采用任何適用的 控制器控制致動器26的運行。在一個實施方案中，一個以上的控制器對于控制致動器26 的運行可為適合的或理想的。類似地，可提供一個或多個控制器來控制壓力機20的其它組 件(包括但不限于加熱/冷卻塊88和98、傳感器92等)的運行。作為另外一種選擇，驅(qū)動 控制器200可控制壓力機20的所有組件的運行。在一個實施方案中，可具有用于本發(fā)明壓力機20的多段運動軌跡曲線(參見圖 18)。旋轉(zhuǎn)運動曲線段150可表現(xiàn)動板組合件30與工件W的接合狀態(tài)。接近曲線段152可 表現(xiàn)從動板組合件30的靜止回縮狀態(tài)到接合狀態(tài)的過渡。固定曲線段154可表現(xiàn)動板組 合件30的靜止回縮狀態(tài)。在一個實施方案中，旋轉(zhuǎn)運動曲線150僅需要在工裝板100與工 件W接觸或接合時被保持。下面描述了可用于確定旋轉(zhuǎn)運動曲線150的公式和運算。當用本發(fā)明的壓力機的一個實施方案模擬它時，隆起16和接合輥或第二輥14的 對應(yīng)部分14a的接合可根據(jù)進行模擬的工藝類型例如熔合粘合、卷曲、切害I]、活化/環(huán)軋、溝 道壓花等進行不同限定。例如，在模擬壓花或粘合型操作時，接合可以下列方式來限定?？?確定或提供工件W的標稱厚度。如圖16A和16B所示，零接合130的平面可通過以下方法 確定以很慢的方式向前移動工裝板86，以便在背板組合件32中不會引起加速度或振動， 直到工裝板86或位于工裝板86上的隆起剛好接觸工裝板100為止。工裝板86或其上的 隆起和工裝板100的接觸可通過背板組合件32上來自負載傳感器104的力測量值上的零 偏差而確定。一旦接觸發(fā)生，零接合的平面130可采用工件W的標稱厚度通過從工裝板100 的平面移動等于工件W的標稱弧度的距離容易地進行確定。接合然后可定義為E (t) = d。_d (t)其中E(t) 136是工裝板86和工件W在時間t接合期間隆起的位置；(^132是零接 合的距離；以及d(t) 134是在時間t處的接合距離。在一些實施方案中，實際接合可包括平行于移動方向的隆起尺寸上的變化。由于 在加工期間不測量尺寸變化，控制算法可不考慮變化。然而，在來自力接合曲線的接合數(shù)據(jù)的后處理期間可包括尺寸變化。對于在時間t和接合E(t)處的給定力，可估算尺寸變化 (為示例性說明起見，假定將隆起看成簡單的垂直圓柱并且加載不超過構(gòu)成隆起的材料的 彈性極限)為
么電樞板⑴其中A (t)是隆起在接合方向上的尺寸變化；F(t)是材料力；Hq是隆起在接 合方向上的高度或初始尺寸；&是隆起的橫截面積；以及E是隆起的彈性模量。如果隆起 的形狀復(fù)雜并且期望加載超過構(gòu)成隆起的材料的彈性極限，則可采用數(shù)值/計算方法例如 有限元分析(“FEA”)確定尺寸上的變化。類似地，實際接合可包括工裝板100平行于移動 方向的尺寸上的變化，即A arfft(t)。在一個實施方案中，尺寸上的變化可采用數(shù)值/計算方 法例如FEA進行確定。一旦隆起高度上的變化和工裝板100上的尺寸變化是已知的，所儲 存的接合數(shù)據(jù)可采用下列公式進行后處理E (t)實際=E (t)測量_ A電樞板(t) _ A背板(t)在另一個實例中，在模擬活化型操作期間，接合可按下列方式進行確定。板和/或 板上可提供的隆起的幾何形狀可為已知的。如圖17A和17B所示，零接合140的平面可通 過將工裝板100的平面偏移從工裝板100伸出的隆起高度而確定。如上，接合然后可定義 為E (t) = d。_d (t)其中E(t) 146是工裝板86和工件在時間t接合期間隆起的位置；屯142是零接合 的距離；以及d(t) 144是在時間t處的接合距離。在一個實施方案中，在旋轉(zhuǎn)運動曲線150中，工件W例如材料纖維網(wǎng)上的點位WPS 以速度Vw移動過由輥12和14所限定的輥隙N并且當它移過輥隙N時可被隆起16和第二 輥14的對應(yīng)部分14a接合2T的時間段。2T的二分之一或T是隆起16達到最大接合深度 的時間。工件W上的給定點位WPS可被隆起16和第二輥14的對應(yīng)部分14a接合的總接合 時間2T的一半可用下列公式進行確定 其中EM是其中點位WPS從初始厚度MT被隆起16和第二輥14的對應(yīng)部分14a壓縮 到壓縮的最終厚度G的量諷是第一和第二輥12和14的直徑(對于示例性實施方案，假定 輥12和14具有相同的直徑并且隆起16的長度被包含在輥12的直徑中)；以及Vw是工件 速度。利用上述的用于接合時間T的公式和待模擬工藝的預(yù)定值，驅(qū)動控制器200可確 定接合時間T，其等于工件上的給定點位11^可被隆起16接合的總時間段2T的一半。隆起 16的接合位置可通過驅(qū)動控制器200采用下列公式進行確定 其中E (t)是接合期間隆起的位置；Em是點位WPS被隆起16和第二輥14的對應(yīng)部分14a所壓縮的量或者點位WPS被工裝板86上的隆起和工裝板100的表面所壓縮的量諷 是第一和第二輥12和14的直徑(對于示例性實施方案，假定輥12和14具有相同的直徑 并且隆起16的長度被包含在輥12的直徑中)；t等于0至2T。 隆起16在給定接合位置的速度可通過取位置值的一階導(dǎo)數(shù)而確定并可用下列公 式來描述 類似地，隆起16在隆起的給定接合位置處的加速度可通過取位置值的二階導(dǎo)數(shù) 進行確定并可用下列公式來描述 為完成運動軌跡計算，可計算從動板組合件30的靜止的回縮狀態(tài)154過渡到上述 的在旋轉(zhuǎn)運動曲線150開始處的位置、速度和加速度狀態(tài)的接近曲線。在一個實施方案中，可能期望整個軌跡是平滑的，如圖18所示。然而，位移曲線不 需要旋轉(zhuǎn)性質(zhì)的。即，控制器可被編程為線性、階梯或近似鋸齒的，如前面圖4A、4B和4C分 別所示?；鶞是€上的中斷可引起控制命令的尖峰、控制系統(tǒng)組件的過載/飽和和/或降 低控制精確度。據(jù)此，具有可被滿足的六個邊界條件。在接近曲線段152開始處的位置、速 度和加速度可匹配在靜態(tài)曲線段154結(jié)束處的位置、速度和加速度，并且在接近曲線段152 結(jié)束處的位置、速度和加速度可匹配在旋轉(zhuǎn)運動曲線段150開始處的位置、速度和加速度。 這些邊界條件可通過用五次多項式建模接近曲線段152而滿足，呈以下形式x(t) = p0+p1t+p2t2+p3t3+p4t4+p5t5第一組三個邊界條件即在接近曲線段152開始(以及靜態(tài)曲線段154結(jié)束)處的 位置、速度和加速度在一個實施方案中可為x(0) = 0v(0) = 0a(0) = 0因為動板組合件30處在靜止回縮狀態(tài)。在一些實施方案中，這些條件可通過選擇 以下參數(shù)而滿足p0 = 0Pi = 0p2 = 0在一些實施方案中，超過速度和加速度的匹配的附加導(dǎo)數(shù)可為所期望的和有益 的。剩余的三個邊界條件即在接近曲線段152開始(以及旋轉(zhuǎn)運動曲線段154結(jié)束) 處的位置、速度和加速度可包括以下公式
x(tf) = Xj = p3tf3+p4tf4+p5tf5v(tf) = Vj = 3p3tf2+4p4t/+5p5tf4a(tf) = at = 6p3tf+12p4tf2+20p5tf3其中Xi是在旋轉(zhuǎn)運動曲線150開始處的位置；Vi是在旋轉(zhuǎn)運動曲線150開始處的 速度；以及％是在旋轉(zhuǎn)運動曲線150處的加速度。這些公式可以矩陣形式來表示
求解矩陣得到多項式系數(shù)，獲得下列矩陣方程 選擇的最終參數(shù)是tf，其是動板組合件30從靜止回縮位置154行進到旋轉(zhuǎn)運動曲 線段150的時間。在一個實施方案中，可選擇參數(shù)tf以最小化動板組合件30在整個接近 曲線152達到的最大速度。這可通過按驅(qū)動控制器200整數(shù)采樣率的時間增量或者控制器 時間步長值針對一系列、值估算所計算接近曲線152并確定每個值的最大速度來做到。圖19示出了對于示例性曲線，與接近時間成函數(shù)關(guān)系的在接近曲線152上所實現(xiàn) 的最大速度的變化。所得的接近曲線位移、速度和加速度曲線示于圖20中。軌跡曲線可關(guān) 于動板組合件的最大伸出部的點對稱(即，在工裝板86和100之間的最小間隙)。因此， 圖18所示的回縮曲線156可與接近曲線152完全相同，盡管相對于時間反轉(zhuǎn)。然而，應(yīng)當 認識到，回縮曲線156不需要與接近曲線152對稱地一致。所得的完整軌跡曲線的位移、速 度和加速度曲線示于圖21中。在一個實施方案中，可用本發(fā)明的壓力機20以下列方式模擬生產(chǎn)線工藝例如輥 隙型工藝在進行模擬之前，工程師/技師可確定或可限定與待模擬的工藝有關(guān)的一個或多 個下列參數(shù)所期望的工件速度Vw，即如果通過一對第一和第二輥12和14工件W將行進的 速度；第一和第二輥12和14的直徑Di ；以及其中點位WPS被第一輥隆起16和第二輥14的 對應(yīng)部分14a壓縮的量Em，即工件初始厚度Mt減去工件最終厚度G。驅(qū)動控制器200然后可采用上述的用于接合時間T的公式和用于待模擬工藝的預(yù) 定值確定接合時間T。隨后，采用來自前述計算的接合時間T的結(jié)果，驅(qū)動控制器200可確 定在旋轉(zhuǎn)運動曲線段期間對于任何給定時間t的接合位置、速度和加速度，其中在一個實 施方案中時間t 一般在0至2T變化，如前所述。驅(qū)動控制器200然后可確定從動板組合件30的靜止回縮狀態(tài)154過渡到在旋轉(zhuǎn) 運動曲線150開始處的位置、速度和加速度狀態(tài)的接近曲線。類似地，驅(qū)動控制器200可確 定回縮曲線156。此外，回縮曲線156可與接近曲線152完全一致，盡管相對于時間反轉(zhuǎn)。 應(yīng)當認識到，回縮曲線156不需要與接近曲線152完全對稱一致。驅(qū)動控制器200可確定初始壓力機位置控制回路命令和命令的迭代更新以減少 曲線誤差。在其它實施方案中，如前所述，可采用獨立的控制器代替控制器200。然而，為說明起見，將提到控制器200與控制回路有關(guān)。在一個實施方案中，比例、積分、微分(“PID”) 位置反饋回路可用于電樞例如前動面112位置的實時控制。如前所述，可采用線性編碼器 信號作為位置基準反饋。編碼器可為低噪聲、高分辨率。此外，編碼器可具有覆蓋電樞運動 整個范圍的測量量程?？刂破?00可具有很高速度和高增益系統(tǒng)。在一個實施方案中，可 通過控制器200利用精確的閉環(huán)迭代計算、基準位置命令而獲得特別精確的曲線運動。在具有完美響應(yīng)即單位增益和零相位的位置回路的系統(tǒng)中，在期望電樞軌跡的頻 帶寬度上，如上所述的期望軌跡可為用于位置回路的合適命令。然而，在不是這種情況的場 合，可修改回路命令以獲得較高的初始軌跡精確度?？衫妙l域模型來計算位置回路命令。壓力機20可具有自動鑒別能力，其測量 壓力機位置回路特性的頻域模型，包括在編碼器響應(yīng)和位置回路命令之間的頻率響應(yīng)函數(shù) (“FRF”)。可采用生成有效FRF的程序以具有跨越整個所關(guān)注頻帶的能量的激勵信號來激 勵所述系統(tǒng)，并測量激勵和響應(yīng)信號?？刹捎每焖俑道锶~變換(“FFT”)將兩種信號轉(zhuǎn)換到 頻域?？捎嬎氵@兩種信號間的相位和幅值的復(fù)數(shù)比。為減少噪聲并改善估算的FRF的精確度，可計算平均的“HI” FRF?，F(xiàn)在描述用于 獲得平均的“HI” FRF的步驟?？蓽y量激勵命令的倍數(shù)(N)時間歷SCi(t)，i = 1，...N和 相關(guān)的編碼器響應(yīng)ei (t)，i = 1，. . . N。這些可通過傅里葉變換轉(zhuǎn)換到頻域 其中w代表頻率，其從其中進行取樣的時間數(shù)據(jù)的頻率的0變化到1/2，3代表 FFT。編碼器響應(yīng)和輸入命令之間的平均交叉譜可采用以下公式進行計算 其中‘*’上標指示復(fù)共軛。輸入命令的平均功率譜可采用以下公式進行計算 可將FRF計算為平均交叉譜和平均功率譜的比率 以上所計算的系統(tǒng)響應(yīng)FRF，Hec滿足以下關(guān)系 可實現(xiàn)期望編碼器曲線的命令的頻域表示可計算為 如果期望的時域編碼器曲線是p(t)，則可如下所述在系統(tǒng)響應(yīng)FRF的精確度和系 統(tǒng)噪聲的極限內(nèi)計算將實現(xiàn)該編碼器曲線的命令。首先，可將期望的時域曲線轉(zhuǎn)換到頻域 接著可逐一頻率地將曲線的頻域表示(或曲線頻譜)除以系統(tǒng)響應(yīng)FRF來計算期 望的頻域命令 頻域命令然后可逆轉(zhuǎn)換至?xí)r域 當壓力機20已經(jīng)運行一個循環(huán)時，它可具有檢查所得曲線誤差和更新命令的能 力以減少下一個周波的誤差。在一個實施方案中，可執(zhí)行三種操作，包括命令更新以減小誤 差、歸并編碼器和光學(xué)傳感器數(shù)據(jù)以獲得期望的間隙誤差，和選擇并執(zhí)行快速或安全迭代 更新。命令更新步驟可與上述的初始命令計算步驟類似。然而，命令更新步驟可對曲 線誤差起作用。與命令更新有關(guān)的受關(guān)注的量可包括期望的曲線P(t)、實際測得的曲線 111(0、命令((0和更新的命令cu(t)?？蓪⑶€誤差pe(t)計算為期望曲線和測得的曲線的差值pe(t) = p(t)-pm(t)可在曲線誤差上開出窗口，所述窗口在曲線的旋轉(zhuǎn)運動段上具有單一權(quán)重并且在 曲線結(jié)束處平滑過渡到零。這可濃縮曲線最重要的部分上的控制成果?？刹捎们笆龅拿?計算步驟計算命令上的遞增量Ac(t)，而用曲線誤差代替期望曲線。然后可將更新的命令 計算為初始命令加上命令上的變化 由于在壓力機20可運轉(zhuǎn)的極高加速度下可發(fā)生在壓力機20機械組件中的撓曲， 編碼器和光學(xué)傳感器讀數(shù)可能不會精確吻合。由于實時位置控制回路可采用編碼器作為基 準反饋變換器，在編碼器曲線命令中可進行調(diào)整以便實現(xiàn)通過光學(xué)間隙傳感器所測得的期 望間隙曲線。這可通過利用光學(xué)傳感器測量值計算曲線誤差而實現(xiàn)。光學(xué)傳感器92可具有最大精確測量量程。在一個實施方案中，光學(xué)傳感器92可 具有約15mm的最大精確測量量程。致動器26電樞的總行程可超過15mm之外。因此，光學(xué) 傳感器測量值和編碼器測量值可需要被并在一起或組合。在一個實施方案中，測量值的并合可實現(xiàn)如下。在循環(huán)轉(zhuǎn)動曲線開始和結(jié)束之前 以及在循環(huán)轉(zhuǎn)動曲線開始和結(jié)束后可將光學(xué)傳感器數(shù)據(jù)縮短到約0. 8毫秒的時間間隔?？?確定編碼器數(shù)據(jù)和光學(xué)傳感器數(shù)據(jù)在縮短的時間間隔的端點處的值，并可計算數(shù)據(jù)間的偏
18移。光學(xué)傳感器數(shù)據(jù)可被低通濾波來確定端點值以使在端點處的可引入偏移確定上的誤差 噪聲尖峰最小?？蓪⒕€性斜坡加到編碼器數(shù)據(jù)上，以便它在時間間隔端點處A與光學(xué)傳感 器數(shù)據(jù)的幅值匹配。在其它實施方案中，應(yīng)當認識到，根據(jù)本發(fā)明可利用結(jié)合測量值的其它 適用方法(包括時間間隔在內(nèi))。在一個實施方案中，壓力機20可以非迭代模式或迭代模式運行。在非迭代模式 中，不執(zhí)行命令的更新。迭代模式還可被分解成一種以上的迭代模式。例如，在一個實施方 案中，迭代模式還可被分解成安全模式迭代和快速迭代。在安全模式迭代中，可用比所計算 命令更新的100%低的百分比來更新命令。例如，命令可用所計算命令更新的10%、25%、 50%、65%、75%、85%或其它合適百分比進行更新。正常地，當實際曲線處在進行測試所要 求的精確度范圍內(nèi)時，可采用安全模式迭代。在另一個實施方案中，在安全模式迭代中，可 進行命令逐漸更新，其對很多循環(huán)上的更新進行平均，因此降低隨機變量例如材料性質(zhì)、電 氣噪聲等的影響。正常地，安全模式迭代可用來保證電樞曲線不過沖而導(dǎo)致工裝板86和100 (或 者其上的隆起)撞擊并可能引起損壞。如果輪廓間隙不在正在執(zhí)行的測試所要求的精確 度范圍內(nèi)，例如大于2mm，則作為一個實例，可采用快速迭代并且可用所計算命令更新的約 100%或者一般靠近100%的其它合適的百分比來更新命令。在模擬之前，可將工件/纖維網(wǎng)材料或其樣本安放在材料夾持器106上。如前所 述，為產(chǎn)生模擬工件/纖維網(wǎng)材料的不同應(yīng)力和應(yīng)變的能力，材料夾持器106的材料夾108 可為活動的，使得可將任何應(yīng)變或應(yīng)力施加到工件/纖維網(wǎng)材料上。在一個實施方案中，模擬生產(chǎn)線工藝和工藝對工件/纖維網(wǎng)材料的影響可包括模 擬實際輥速、力、切割、穿孔、粘合等。然而，在一些實施方案中，模擬生產(chǎn)線工藝包括模擬各 種各樣的輥速、力、切割、穿孔、粘合等，包括基本上靠近實際輥速、力、切割、穿孔、粘合等的 輥速、力、切割、穿孔、粘合等在內(nèi)。在一些實施方案中，任何輥速、力、切割、穿孔、粘合等均 可采用本發(fā)明的壓力機20進行模擬。此外，在一些實施方案中，可能期望執(zhí)行多種材料測 試用途/模式，包括但不限于純壓縮、平面變形、純剪切、振動粘彈性等。在另一個實施方案 中，本文所述的本發(fā)明可用來模擬在生產(chǎn)線工藝期間可經(jīng)歷的搖動例如折疊。在一些實施方案中，本文所述的本發(fā)明可用來模擬組合的多軸加載例如有差別的 輥表面速度、包括壓縮和橫向剪切在內(nèi)的組合加載和包括壓縮和平面內(nèi)剪切在內(nèi)的組合加 載。然而，應(yīng)當認識到，可采用本文所述的壓力機的各種實施方案執(zhí)行其它組合的多軸加載 模擬。在某些實施方案中，本發(fā)明可用來測量和了解各種工藝期間材料的力學(xué)響應(yīng)以及測 量材料的本構(gòu)性質(zhì)。本文所公開的量綱和值不旨在被理解為嚴格地限于所述的精確值。相反，除非另 外指明，每個這樣的量綱均是指所引用的數(shù)值和圍繞該數(shù)值的功能上等同的范圍。例如，公 開為“40mm”的量綱旨在表示“約40mm”。在發(fā)明詳述中引用的所有文件都在相關(guān)部分中以引用方式并入本文中。對于任何 文件的引用不應(yīng)當解釋為承認其是有關(guān)本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)。當本發(fā)明中術(shù)語的任何含義或 定義與以引用方式并入本文的文件中術(shù)語的任何含義或定義矛盾時，應(yīng)當服從在本發(fā)明中 賦予該術(shù)語的含義或定義。雖然已經(jīng)舉例說明和描述了本發(fā)明的特定實施方案，但是對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員
19來講顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可做出各種其他改變和變型。因此，權(quán) 利要求書意欲包括在本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這樣的改變和變型。
權(quán)利要求
一種模擬壓力機(20)，所述模擬壓力機包括組件，所述組件包括主體(22)，所述主體(22)優(yōu)選地比所述模擬壓力機(20)的其它組件更重和更剛硬；致動器(26)，所述致動器連結(jié)到所述主體(22)，使得所述致動器(26)與所述主體(22)的縱向?qū)ΨQ軸線(L)基本上軸向?qū)R，所述致動器(26)具有在與所述主體(22)相同的平面上沿著所述主體(22)的縱向?qū)ΨQ軸線(L)基本上按直線移動的動面(112)；第一平板(86)，所述第一平板可操作地連接到所述主體(22)，所述第一平板(86)適于接合工件；第二平板(100)，所述第二平板可操作地連接到所述致動器(26)以便隨所述致動器(26)的動面(112)移動，所述第二平板(100)適于接合所述工件；和驅(qū)動控制器(200)，所述驅(qū)動控制器連接到所述致動器(26)以用于響應(yīng)來自至少一個反饋傳感器(92)的反饋而控制所述致動器(26)的運行，以使所述第二平板(100)相對于所述第一平板(86)移動，使得所述第一平板和第二平板在所述工件上接合至少一個點位，優(yōu)選地其中所述至少一個反饋傳感器(92)包括用于測量所述致動器(26)的動面(112)相對于所述致動器(26)的主體的位置的至少一個傳感器。
2.如權(quán)利要求1所述的模擬壓力機(20)，其中所述至少一個反饋傳感器(92)包括用 于測量所述第一平板(86)和所述第二平板(100)之間的間隙的至少一個傳感器，或包括用 于測量所述第一平板和第二平板中的至少一個的載荷的至少一個傳感器，或者其中所述至 少一個反饋傳感器(92)還包括用于測量所述第一平板和第二平板中的至少一個的慣性力 的至少一個傳感器。
3.如權(quán)利要求2所述的模擬壓力機(20)，其中所述驅(qū)動控制器(200)響應(yīng)來自用于測 量所述第一平板(86)和所述第二平板(100)之間的間隙的所述至少一個傳感器(92)的反 饋而改變在所述致動器(26)內(nèi)生成的力以控制所述動面(112)的移動。
4.如權(quán)利要求3所述的模擬壓力機(20)，所述模擬壓力機還包括用于測量所述致動器 (26)的動面(112)相對于所述致動器的主體的位置的至少一個傳感器，其中所述驅(qū)動控制 器(200)響應(yīng)來自用于測量所述致動器(26)的動面(112)相對于所述致動器(26)的主體 的位置的至少一個傳感器和用于測量所述第一平板(86)和所述第二平板(100)之間的間 隙的所述至少一個傳感器中的一個或多個的反饋而改變在所述致動器(26)內(nèi)生成的力以 控制所述動面(112)的運動。
5.如權(quán)利要求2所述的模擬壓力機(20)，其中所述驅(qū)動控制器(200)響應(yīng)來自用于測 量所述第一平板和第二平板中的至少一個的載荷的所述至少一個傳感器的反饋而改變在 所述致動器(26)內(nèi)生成的力以控制所述動面(112)的移動，并且其中所述模擬壓力機優(yōu)選 地還包括用于測量所述致動器(26)的動面(112)相對于所述致動器的主體的位置的至少 一個傳感器，其中所述驅(qū)動控制器(200)響應(yīng)來自用于測量所述致動器(26)的動面(112) 相對于所述致動器的主體的位置的至少一個傳感器或者用于測量所述第一平板和第二平 板中的至少一個的載荷的所述至少一個傳感器中的一個或多個的反饋而改變在所述致動 器(26)內(nèi)生成的力以控制所述動面(112)的運動。
6.如權(quán)利要求2所述的模擬壓力機(20)，其中所述驅(qū)動控制器(200)響應(yīng)來自用于 測量所述第一平板和第二平板中的至少一個的慣性力的所述至少一個傳感器的反饋而改 變在所述致動器(26)內(nèi)生成的力以控制所述動面(112)的移動，并且其中所述模擬壓力機優(yōu)選地還包括用于測量所述致動器(26)的動面(112)相對于所述致動器的主體的位置的 至少一個傳感器，其中所述驅(qū)動控制器(200)響應(yīng)來自用于測量所述致動器(26)的動面 (112)相對于所述致動器的主體的位置的至少一個傳感器或者用于測量所述第一平板和第 二平板中的至少一個的慣性力的所述至少一個傳感器中的一個或多個的反饋而改變在所 述致動器(26)內(nèi)生成的力以控制所述動面(112)的運動。
7.如前述任一項權(quán)利要求所述的模擬壓力機(20)，其中所述第一平板(86)通過連接 結(jié)構(gòu)連接到所述主體(22)，所述連接結(jié)構(gòu)包括在所述第一平板(86)和所述主體(22)之間 用于改變所述第一平板(86)的溫度的至少一個溫度改變板(88)和在所述至少一個溫度改 變板(88)和所述主體(22)之間用于將所述主體(22)與所述至少一個溫度改變板(88)隔 開的至少一個隔熱板(90)。
8.如前述任一項權(quán)利要求所述的模擬壓力機(20)，其中所述第二平板(100)通過連接 結(jié)構(gòu)連接到所述致動器(26)，所述連接結(jié)構(gòu)包括在所述第二平板(100)和所述致動器(26) 之間用于改變所述第二平板(100)的溫度的至少一個溫度改變板(98)和在所述至少一個 溫度改變板(98)和所述致動器之間用于將所述致動器與所述至少一個溫度改變板(98)隔 開的至少一個隔熱板(96)。
9.如前述任一項權(quán)利要求所述的模擬壓力機(20)，其中所述第一平板(86)和所述第 二平板(100)的表面適于模擬活化、熔合粘合、壓花、卷曲、打孔、拉伸和切割工藝中的至少 一種。
10.如前述任一項權(quán)利要求所述的模擬壓力機(20)，所述模擬壓力機還包括可操作地 連接到所述主體(22)并支撐所述主體(22)的一個或多個氣袋(24)。
11.一種模擬生產(chǎn)線型工藝中的工件上的某一區(qū)域的加載的方法，所述方法包括提供包括至少一層的工件；提供具有第一表面的第一平板(86)，所述第一平板(86)可操作地連接到底座(22)；提供具有第二表面的第二平板(100)，所述第二平板(100)可操作地連接到致動器的 電樞，所述致動器(26)被進一步連接到所述底座(22)，使得所述致動器的電樞的移動方向 與所述底座(22)的縱向?qū)ΨQ軸線(L)基本上軸向?qū)R并基本上位于與所述底座(22)相同 的平面上；和相對于所述第一平板和第二平板中的一個移動所述第一平板和第二平板中的另一個， 使得所述第一和第二表面壓縮所述工件上的點位以模擬生產(chǎn)線型工藝中工件上的點位的 壓縮加載。
12.如權(quán)利要求11所述的模擬生產(chǎn)線型工藝中的工件上某一區(qū)域的加載的方法，所 述方法還包括主動間隙控制，包括提供包括以下傳感器中的至少一個的一個或多個傳感器 (92)用于測量所述第一平板和第二平板之間的間隙的至少一個傳感器；用于測量所述第一平板和第二平板中的至少一個的載荷的至少一個傳感器；和用于測量所述第一平板和第二平板中的至少一個的慣性力的至少一個傳感器；其中所述一個或多個傳感器提供用于確定所述第一平板和第二平板之間的間隙的精 確間隙測量值的反饋。
13.如權(quán)利要求11所述的模擬生產(chǎn)線型工藝中的工件上某一區(qū)域的加載的方法，其中所述第一平板(86)的第一表面包括用于模擬砧輥的基本上平的表面和用于模擬生產(chǎn)線型 工藝的至少一個隆起中的一個，并且所述第二平板(100)的第二表面包括用于模擬砧輥的 基本上平的表面和用于模擬生產(chǎn)線型工藝的至少一個隆起中的一個。
14.如權(quán)利要求11所述的模擬生產(chǎn)線型工藝中的工件上某一區(qū)域的加載的方法，所述 方法還包括根據(jù)所述第一平板和第二平板之間的期望加載間隙曲線確定所述第一平板和第二平 板的運動軌跡曲線；大致測量加載期間所述第一平板和第二平板之間的實際間隙； 根據(jù)所述期望的加載間隙曲線和所述實際間隙曲線確定第二運動軌跡曲線，并且優(yōu)選 地其中確定所述第二運動曲線包括根據(jù)所述期望的加載間隙曲線和所述實際間隙曲線確 定運動軌跡曲線誤差，并且所述運動軌跡曲線誤差是所述期望的加載間隙曲線和所述實際 間隙曲線的差值，并且優(yōu)選地其中所述第二運動軌跡曲線根據(jù)所述曲線誤差的總值的至少 一部分進行確定。
15.一種用于模擬工件上某一區(qū)域的加載的壓力機(20)，所述壓力機包括 主底座(22)，所述主底座(22)是基本上剛性的；致動器(26)，所述致動器連結(jié)到所述主底座(22)，所述致動器(26)具有動面(112)并 與所述主底座(22)的縱向?qū)ΨQ軸線(L)基本上軸向?qū)R，并且所述動面(112)適于在與所 述主底座(22)相同的平面上基本上線性地移動；第一平板(86)，所述第一平板可操作地和可拆卸地連接到所述致動器(26)； 第二平板(100)，所述第二平板用連接單元可操作地和可拆卸地連接到所述主底座 (22)，所述連接單元包括 至少一個支撐板；和至少一個傳感器(92)，所述至少一個傳感器包括以下中的至少一種 用于測量所述第一平板和所述第二平板之間距離的至少一個位置反饋傳感器； 用于測量所述第二平板的載荷的至少一個載荷反饋傳感器；和 用于測量所述第二平板的慣性力的至少一個力反饋傳感器；和 驅(qū)動控制器(200)，所述驅(qū)動控制器連接到所述致動器(26)以用于響應(yīng)來自所述至少 一個反饋傳感器的反饋而控制所述致動器(26)的運行，以使所述第一板(86)相對于所述 第二平板(100)移動，使得所述第一平板和第二平板接合工件上的至少一個點位。
16.如權(quán)利要求15所述的用于模擬工件上某一區(qū)域的加載的壓力機(20)，其中所述第 一平板(86)用第二連接單元可拆卸地連接到所述致動器(26)以便隨所述致動器(26)的 動面(112)移動，所述第二連接單元包括連接到所述第一平板(86)的至少一個加熱和冷卻 板，所述加熱和冷卻板適于改變溫度，并且優(yōu)選地還包括在所述至少一個加熱和冷卻板和 所述致動器(26)的動面之間的至少一個隔熱板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有主體和連結(jié)到其上的致動器的模擬壓力機。所述致動器與主體基本上對齊。第一平板連接到主體，并且第二平板連接到致動器。當?shù)诙桨逑鄬τ诘谝黄桨暹M行移動時，兩個平板適于接合工件以模擬工件上一個或多個區(qū)域的各種變形模式。模擬壓力機還包括用于控制致動器運行的驅(qū)動控制器。驅(qū)動控制器還響應(yīng)來自包含于模擬壓力機中的至少一個反饋傳感器的反饋。
文檔編號G01M99/00GK101855557SQ200880115460
公開日2010年10月6日 申請日期2008年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月8日
發(fā)明者小拉里·R·吉利姆, 斯圖爾特·J·謝利, 理查德·A·羅思二世, 理查德·W·哈姆, 艾倫·M·伯溫克爾 申請人:寶潔公司