專利名稱：一種靜、動(dòng)摩擦力的測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及力檢測(cè)領(lǐng)域，具體地，涉及一種靜、動(dòng)摩擦力的測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
兩個(gè)或多個(gè)物體接觸時(shí)可能產(chǎn)生摩擦力，當(dāng)有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，而沒(méi)有實(shí)際的相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)的摩擦力為靜摩擦力；當(dāng)兩物體克服最大靜摩擦力，產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)的摩擦力為滑動(dòng)摩擦力。研究在不同情況下的摩擦力在實(shí)際的科研、生產(chǎn)中有著極其重要的意義。現(xiàn)階段，靜摩擦力的測(cè)量方法為以測(cè)量閥門(mén)的最大靜摩擦力為例，在閥門(mén)上方， 將砝碼逐個(gè)輕放在閥門(mén)上，直至閥門(mén)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，此時(shí)砝碼的重量可作為使得閥門(mén)運(yùn)動(dòng)的最大靜摩擦力。靜摩擦力是指物體彼此沒(méi)有產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力，它并不是恒定值。隨著物體間的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的增加而變大，直至物體產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的瞬間達(dá)到最大值，此時(shí)的摩擦力為最大靜摩擦力。采用現(xiàn)有技術(shù)方案，在以下兩個(gè)方面會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。首先， 放置砝碼時(shí)必定有一定的高度，砝碼在下降的過(guò)程中產(chǎn)生一定的速度，從而會(huì)對(duì)閥門(mén)產(chǎn)生一定的沖量，對(duì)測(cè)量結(jié)果有很大的影響，尤其對(duì)靜摩擦力很小的閥門(mén)。其次，測(cè)得的力值是砝碼重量簡(jiǎn)單的累加，測(cè)量精度低。滑動(dòng)摩擦力可以作為物體表面光潔度、彈簧彈性是否均勻的判定依據(jù)?，F(xiàn)階段，滑動(dòng)摩擦力的測(cè)量方法為(以檢測(cè)閥門(mén)靈活性為例)某種閥門(mén)的閥門(mén)頭與蓋之間通過(guò)彈性元件連接，為檢測(cè)閥門(mén)與閥桿的運(yùn)動(dòng)靈活性，在閥門(mén)頭上施加推力，閥門(mén)產(chǎn)生位移，在閥門(mén)動(dòng)作時(shí)，閥門(mén)行程與作用在閥門(mén)頭上的力近似成線性關(guān)系。具體的測(cè)試方法為測(cè)量并記錄閥門(mén)完全打開(kāi)壓力，以其判斷閥門(mén)在打開(kāi)期間是否有其他阻力存在；在閥門(mén)開(kāi)腔緩慢通壓， 用百分表壓閥門(mén)關(guān)腔，測(cè)閥門(mén)動(dòng)作穩(wěn)定性，通過(guò)觀察百分表在記錄閥門(mén)運(yùn)動(dòng)位移過(guò)程中指針的轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)性來(lái)判斷導(dǎo)桿運(yùn)動(dòng)的靈活性?，F(xiàn)有技術(shù)方案是用氣體對(duì)閥門(mén)施加推力，首先， 氣體的流量不便控制，閥門(mén)受到的力不是恒定值，反應(yīng)在百分表上指針的轉(zhuǎn)速也不勻速，不能確定是否是閥門(mén)的質(zhì)量問(wèn)題。其次，用肉眼觀察指針轉(zhuǎn)動(dòng)是否平穩(wěn)夾雜有很多人為因素， 使得測(cè)量誤差增大。再次，測(cè)量數(shù)據(jù)不易保存，對(duì)日后的數(shù)據(jù)溯源帶來(lái)很大的不便。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種測(cè)量精度高、 受外界影響因素小且便于數(shù)據(jù)存檔的靜、動(dòng)摩擦力的測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案如下—種靜、動(dòng)摩擦力的測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)，包括PLC控制模塊、檢測(cè)模塊及數(shù)據(jù)采集分析模塊；所述PLC控制模塊包括可編程控制器PLC及伺服控制器，所述檢測(cè)模塊包括電動(dòng)壓力執(zhí)行器，所述數(shù)據(jù)采集分析模塊包括控制分析模塊及與控制分析模塊連接的計(jì)算機(jī)；所述可編程控制器PLC通過(guò)ftOfibus與伺服控制器、控制分析模塊分別連接，伺服控制器與控制分析模塊通過(guò)ftOfibus連接，電動(dòng)壓力執(zhí)行器與伺服控制器及控制分析模塊分別連接。進(jìn)一步地，所述電動(dòng)壓力執(zhí)行器包括伺服電機(jī)、由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓頭及測(cè)量伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速、方向的位移傳感器，還包括感應(yīng)壓頭受力的內(nèi)置力傳感器；所述位移傳感器與伺服控制器連接，所述內(nèi)置力傳感器與控制分析模塊連接。進(jìn)一步地，所述電動(dòng)壓力執(zhí)行器的壓頭前端可拆卸配有工裝。進(jìn)一步地，為了提高測(cè)量的精度，根據(jù)需要，所述檢測(cè)模塊還可包括一個(gè)測(cè)量精度更高的外置的力傳感器，所述外置力傳感器與控制分析模塊連接，且所述外置力傳感器安裝、固定在壓頭前端。進(jìn)一步地，所述外置力傳感器為壓電式傳感器。進(jìn)一步地，所述外置力傳感器前端可拆卸配有工裝。進(jìn)一步地，所述工裝根據(jù)不同被測(cè)工件選擇材料、設(shè)計(jì)外觀。在測(cè)量靜摩擦力時(shí)選用均質(zhì)彈性體橡膠或海綿等彈性體，在測(cè)量動(dòng)摩擦力時(shí)選用剛性件。進(jìn)一步地，所述位移傳感器為絕對(duì)電機(jī)編碼器。進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)采集分析模塊還包括與控制分析模塊連接的打印機(jī)。進(jìn)一步地，還包括用于支撐所述檢測(cè)模塊的支撐裝置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果(1)提高測(cè)量精度在閥門(mén)靜、動(dòng)摩擦力的現(xiàn)有測(cè)量方案中，沒(méi)有采用高精度的測(cè)量?jī)x器或測(cè)試方法， 以至于測(cè)量精度低，本實(shí)用新型選用外置力傳感器、含有位移傳感器的電動(dòng)壓力執(zhí)行器等， 提高精度。(2)減少各種影響測(cè)量結(jié)果的因素在靜摩擦力測(cè)量的現(xiàn)有解決方案中，放置砝碼可對(duì)閥門(mén)有一定的沖量，本實(shí)用新型在電動(dòng)壓力執(zhí)行器的壓頭前端或外置的力傳感器的前端安裝一段彈性體工裝，通過(guò)該彈性體工裝的設(shè)置，可以減少電動(dòng)壓力執(zhí)行器對(duì)被測(cè)工件的沖擊，使得結(jié)果盡可能接近實(shí)際數(shù)據(jù)。在動(dòng)摩擦力測(cè)量的現(xiàn)有解決方案中，使用高壓氣做為推動(dòng)閥門(mén)的動(dòng)力來(lái)源不夠穩(wěn)定，本實(shí)用新型采用由伺服控制器控制的電動(dòng)壓力執(zhí)行器解決了此問(wèn)題。(3)數(shù)據(jù)存檔通過(guò)與控制分析模塊連接可顯示、保存測(cè)量結(jié)果的計(jì)算機(jī)及可打印測(cè)量結(jié)果的打印機(jī)，使得測(cè)量結(jié)果的存儲(chǔ)得以實(shí)現(xiàn)，對(duì)日后產(chǎn)品質(zhì)量溯源有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。(4)本實(shí)用新型的技術(shù)方案可實(shí)現(xiàn)對(duì)靜、動(dòng)摩擦力的準(zhǔn)確測(cè)量，測(cè)量結(jié)果可生成力-位移、力-時(shí)間曲線，在曲線上可設(shè)計(jì)評(píng)判窗口，從而可自動(dòng)判別質(zhì)量是否合格，測(cè)量數(shù)據(jù)可存檔保存。此外，本實(shí)用新型在其他領(lǐng)域(除閥門(mén)力檢測(cè)，還包括彈簧力檢測(cè)等)有很好的應(yīng)用，如設(shè)計(jì)人員也利用本實(shí)用新型做設(shè)計(jì)研究，為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供分析數(shù)據(jù)。與自動(dòng)生產(chǎn)線配合實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，可減少?gòu)U品率、提高生產(chǎn)力、降低成本?，F(xiàn)已在上述幾個(gè)領(lǐng)域中有應(yīng)用，是產(chǎn)品質(zhì)量的重要、可靠保證。下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)原理框圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。如圖1所示，本實(shí)用新型的靜、動(dòng)摩擦力的測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)，包括PLC控制模塊(可編程控制器PLC及伺服控制器)、檢測(cè)模塊(電動(dòng)壓力執(zhí)行器)及數(shù)據(jù)采集分析模塊(控制分析模塊及與其分別連接的計(jì)算機(jī)、打印機(jī))；其中，可編程控制器PLC通過(guò)ftOfibus與伺服控制器、控制分析模塊分別連接，伺服控制器與控制分析模塊通過(guò)ftOfibus連接，電動(dòng)壓力執(zhí)行器與伺服控制器及控制分析模塊分別連接。電動(dòng)壓力執(zhí)行器包括伺服電機(jī)、由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓頭及測(cè)量伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速、方向的位移傳感器，還包括感應(yīng)壓頭受力的內(nèi)置力傳感器；所述位移傳感器與伺服控制器連接，所述內(nèi)置力傳感器與控制分析模塊連接。電動(dòng)壓力執(zhí)行器采用了伺服電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)壓頭運(yùn)動(dòng)，壓頭的運(yùn)動(dòng)速度可控制在0. 6-300mm/s的范圍內(nèi)，壓頭的行程為200mm。為了減小壓頭對(duì)被測(cè)工件的沖擊、保護(hù)工件，一般檢測(cè)速度控制在15mm/s以下。位移傳感器采用絕對(duì)電機(jī)編碼器，壓裝開(kāi)始時(shí)，無(wú)需回到起始位置，中斷后無(wú)需參考點(diǎn)，壓裝完成后無(wú)需回到零點(diǎn)。位移傳感器通過(guò)測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速、方向來(lái)確定壓頭移動(dòng)的位移，并通過(guò)伺服控制器將位移信號(hào)傳輸給控制分析模塊。位移重復(fù)精度可以達(dá)到0. 01mm。在測(cè)量時(shí)，電動(dòng)壓力執(zhí)行器的壓頭前端還可拆卸配有一合適工裝。該工裝根據(jù)不同被測(cè)工件選擇材料、設(shè)計(jì)外觀。在測(cè)量靜摩擦力時(shí)選用均質(zhì)彈性體橡膠或海綿；在測(cè)量動(dòng)摩擦力時(shí)選用剛性件。由于電動(dòng)壓力執(zhí)行器中的內(nèi)置力傳感器測(cè)量精度不高，為了進(jìn)一步提高測(cè)量精度，如圖1所示，檢測(cè)模塊中還可包括一個(gè)高精度的外置力傳感器，該外置力傳感器與控制分析模塊連接。且該外置力傳感器安裝、固定在壓頭前端。該外置力傳感器選用的是壓電式傳感器，壓電式傳感器的基本組成為石英片，石英晶體具有高強(qiáng)度，高固有頻率，適合動(dòng)態(tài)力的測(cè)量；石英晶體具有極寬的量程以及極好的線性，一個(gè)傳感器可以做三種不同量程的應(yīng)用，而且用大量程的傳感器測(cè)量小量程的力時(shí)精度不變；石英晶體具有超常的使用壽命和穩(wěn)定性，使用20年后的標(biāo)定和出廠時(shí)的標(biāo)定幾乎毫無(wú)差異；極其緊湊的結(jié)構(gòu)。傳感器都提供直接安裝的結(jié)構(gòu)面，這種安裝保證了測(cè)量精度和重復(fù)性；壓電傳感器寬大的量程，給不同測(cè)量范圍的應(yīng)用提供最為理想的工具，如高預(yù)載載荷、小的過(guò)程力的測(cè)量等；產(chǎn)品的高剛度和高固有頻率，使其特別適用于高頻率循環(huán)的過(guò)程測(cè)量。在測(cè)量時(shí)，外置力傳感器的前端還可拆卸配有一合適工裝。該工裝根據(jù)不同被測(cè)工件選擇材料、設(shè)計(jì)外觀。在測(cè)量靜摩擦力時(shí)選用均質(zhì)彈性體橡膠或海綿；在測(cè)量動(dòng)摩擦力時(shí)選用剛性件?？刂品治瞿K為單通道，位移傳感器模塊和力傳感器模塊集成在一個(gè)通道中。測(cè)試過(guò)程中，力傳感器和位移傳感器分別將采集到的信號(hào)傳輸給控制分析模塊，它的采樣率能夠達(dá)到5KHZ，模擬輸入分辨率為12Bit，測(cè)量范圍自動(dòng)定標(biāo)?？刂品治瞿K將數(shù)據(jù)擬合成力-位移曲線或力-時(shí)間曲線，并顯示出來(lái)。在曲線上可以設(shè)定8個(gè)評(píng)判窗口，每個(gè)評(píng)判窗口都有32種評(píng)判模型供用戶選擇，如果曲線沒(méi)有按要求經(jīng)過(guò)，此次測(cè)量即可認(rèn)為是不合格，測(cè)量結(jié)果以CSV或標(biāo)準(zhǔn)格式如Q-DAS或I. -p. M記錄，控制分析模塊內(nèi)存為256M，大約可儲(chǔ)存100組曲線圖，超出內(nèi)存容量數(shù)據(jù)會(huì)溢出，只保留最新的數(shù)據(jù)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線或相應(yīng)控制輸入的網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，用顯示屏或有網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的PC來(lái)設(shè)置和調(diào)試檢測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)支持自定義評(píng)估方式，在TraceControl軟件上可完成設(shè)備設(shè)置。本實(shí)用新型的測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)的工作過(guò)程是1、可編程控制器PLC通過(guò)ftOfibus與伺服控制器、控制分析模塊建立連接。2、在控制分析模塊上設(shè)定電動(dòng)壓力執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)方式，模式參數(shù)等，這些數(shù)據(jù)通過(guò)ftx)fibUS傳送給伺服控制器。3、伺服控制器接收到模式參數(shù)后控制電動(dòng)壓力執(zhí)行器中的電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)測(cè)試過(guò)程。4、在測(cè)試過(guò)程中，力信號(hào)會(huì)將采集到的數(shù)據(jù)傳送給控制分析模塊，絕對(duì)電機(jī)編碼器將位移信號(hào)反饋給伺服控制器，通過(guò)ftOfibus傳送給控制分析模塊。5、控制分析模塊將接收到的力信號(hào)、位移信號(hào)進(jìn)行處理，得出曲線，顯示在屏幕上。本實(shí)用新型的靜、動(dòng)摩擦力的測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)，在整體布局上還包括用于支撐上述檢測(cè)模塊的支撐裝置，保證整個(gè)系統(tǒng)的剛性和穩(wěn)定性。最后應(yīng)說(shuō)明的是以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種靜、動(dòng)摩擦力的測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括PLC控制模塊、檢測(cè)模塊及數(shù)據(jù)采集分析模塊；所述PLC控制模塊包括可編程控制器PLC及伺服控制器，所述檢測(cè)模塊包括電動(dòng)壓力執(zhí)行器，所述數(shù)據(jù)采集分析模塊包括控制分析模塊及與控制分析模塊連接的計(jì)算機(jī)；所述可編程控制器PLC通過(guò)ftOfibus與伺服控制器、控制分析模塊分別連接，伺服控制器與控制分析模塊通過(guò)ftOfibus連接，電動(dòng)壓力執(zhí)行器與伺服控制器及控制分析模塊分別連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述電動(dòng)壓力執(zhí)行器包括伺服電機(jī)、由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓頭及測(cè)量伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速、方向的位移傳感器，還包括感應(yīng)壓頭受力的內(nèi)置力傳感器；所述位移傳感器與伺服控制器連接，所述內(nèi)置力傳感器與控制分析模塊連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在在于，所述電動(dòng)壓力執(zhí)行器的壓頭前端可拆卸配有工裝。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述檢測(cè)模塊還包括一個(gè)外置的力傳感器，所述外置力傳感器與控制分析模塊連接，且所述外置力傳感器安裝、固定在壓頭前端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述外置力傳感器為壓電式傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述外置力傳感器前端可拆卸配有工裝。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或6所述的測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述工裝在測(cè)量靜摩擦力時(shí)為彈性體，在測(cè)量動(dòng)摩擦力時(shí)為剛性件。
8.根據(jù)權(quán)利要求2-6任一項(xiàng)所述的測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述位移傳感器為絕對(duì)電機(jī)編碼器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集分析模塊還包括與控制分析模塊連接的打印機(jī)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于支撐所述檢測(cè)模塊的支撐裝置。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種靜、動(dòng)摩擦力的測(cè)量檢測(cè)系統(tǒng)，包括PLC控制模塊(可編程控制器PLC及伺服控制器)、檢測(cè)模塊(電動(dòng)壓力執(zhí)行器)及數(shù)據(jù)采集分析模塊(控制分析模塊及與其連接的計(jì)算機(jī))；可編程控制器PLC通過(guò)Profibus與伺服控制器、控制分析模塊分別連接，伺服控制器與控制分析模塊通過(guò)Profibus連接，電動(dòng)壓力執(zhí)行器與伺服控制器及控制分析模塊分別連接。本實(shí)用新型通過(guò)高精度的傳感器與其它分析、控制模塊結(jié)合，將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)處理以曲線的形式顯示，為用戶解決實(shí)際生產(chǎn)、科學(xué)研究中數(shù)據(jù)采集等具體問(wèn)題，具有測(cè)量精度高、受外界影響因素小且便于數(shù)據(jù)存檔的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01L5/00GK202216790SQ201120359729
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者沈鳳賢, 鐘大田 申請(qǐng)人:北京航天普霖科技有限公司