专利名称：摩擦系数测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种摩擦系数的测量系统，特别是一种能测量出拉深成形过程中板料上不同部位的实时摩擦系数测量系统。属于机械检测技术领域。
背景技术：
在材料加工科学研究以及工程应用当中，常常需要测量板料成形过程中工件上的实时摩擦系数大小，以此来研究摩擦分布规律、评价润滑剂的好坏，尤其是在板料拉深成形过程中，摩擦系数是影响板料成形性能的一个重要参数之一。
国内外从60年代就开始研究发明各种测定摩擦系数的试验系统。经检索发现，中国专利名称摩擦系数测定装置，公开号2221211，该专利公开了一种测定塑料、橡胶挤压过程中摩擦系数的测量系统，它是一种基于机械方法测试散粒物料摩擦系数的装置。但它是针对特定材料加工方式下而发明出来的，适应性十分有限，不能适应研究板料拉深工艺时不光需要同时测量板料上多个不同点区域处的动摩擦系数，而且需要工作空间较小、结构紧凑的场合。在进一步的检索中，尚未发现与本发明主题相同或者相类似文献报道。

发明内容
本发明的目的在于克服当前拉深成形工艺背景技术中的上述不足，提供一种摩擦系数测量系统，使其可测量拉深成形过程中板料上不同测量点的实时摩擦系数大小，实时、准确地测量出摩擦系数大小来评价摩擦润滑状况。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括总拉深力传感器、探针式组合压力传感器、位移传感器、压边力传感器、电桥箱、动态应变仪、A/D采集卡以及工控机。本发明采用了总拉深力传感器来测量总拉深力、探针式组合压力传感器来测量板料上空间点的正向力和切向力、位移传感器来测量位移、压边力传感器来测量压边力。具体连接关系为总拉深力传感器通过螺纹设置在板料拉深机的主轴上，探针式组合压力传感器通过螺丝固定于模具上，位移传感器通过磁铁固定于上下模具之间，压边力传感器设置在板料拉深机的顶板上压住工件。总拉深力传感器、探针式组合压力传感器、位移传感器、压边力传感器与电桥箱之间通过数据线联接，电桥箱、动态应变仪、工控机互相之间用数据线联接，并设置在板料拉深机边的工作台上。测量到的信号通过数据线连接与电桥箱组成桥路，产生标准的0～10V电压信号通过数据线连接到动态应变仪的输入端，经过动态应变仪平衡、放大后，由动态应变仪的输出端通过数据线联接到A/D采集卡，通过A/D采集卡把采集到的电信号进行采样量化后输入工控机，由多通道信号采集测试软件测得所测点处正向力大小和切向力大小，从而实时计算出该测量点的实时摩擦系数大小，并显示总拉深力，正向力和切向力，位移量曲线和数据。
探针式组合传感器包括探针，切向力悬臂梁弹性体，滚珠，预紧螺栓，正向力悬臂梁弹性体，其连接关系为探针穿过切向力悬臂梁弹性体后与正向力悬臂梁弹性体通过滚珠点接触，滚珠与预紧螺栓相对固定于正向力悬臂梁弹性体，切向力悬臂梁弹性体通过探针与预紧螺栓相对固定于模具工件内，正向力悬臂梁弹性体通过螺丝固定于模具工件上。使用时，探针和测量点接触，将切向力传递给切向力悬臂梁弹性体，正向力传递给正向力悬臂梁弹性体，在正向力悬臂梁弹性体以及切向力悬臂梁弹性体上都贴有粘贴式电阻应变计，根据悬臂梁弹性体产生的微量变形输出电信号，分别测量出正向力以及切向力，进而计算出该测量点的摩擦系数。滚珠能消除测量时力的方向性的影响，用于确保测量时的准确性。预紧螺栓用于调节测量时的预紧力，可调整探针的灵敏度。
本发明采用小型的探针传递形变，探针的头部尺寸小于等于3mm，与板料的接触面积小于10mm2，在一个面上可布置多个测量点。由于传感器的接触面积较小，可以按需要任意布置多个传感器，从而实现板料不同部位摩擦系数分布测量的目的，共安置了六个传感器。具体实施方案可根据工件和模具的特点，进行灵活布置，如方形、矩形、多边形等等。
本发明采用了探针式组合压力传感器，使用正向力悬臂梁弹性体和切向力悬臂梁弹性体，同时测量出正向力以及切向力，并且由此计算出摩擦系数。本发明可实时采集在拉深成形过程中板料上空间点摩擦系数大小，从而得到板料上的摩擦系数分布。并显示总拉深力，正向力和切向力，位移量曲线和数据。
本发明特点是采集效果好，其灵敏度高、抗干扰能力强、传感器元件少、体积小、价格便宜，适用范围广，特别适用于板料拉深成形工艺中研究摩擦的场合。本发明已经在现实板料拉深成形研究得到了很好的应用。实践表明使用效果良好，测量精度高，经济方便实用。


图1本发明结构示意2拉深圆筒件时凹模上传感器布置示意3探针式组合传感器示意图具体实施方式
如图1、图2所示，本发明包括总拉深力传感器1、探针式组合压力传感器2、位移传感器3、压边力传感器4、电桥箱5、动态应变仪6、A/D采集卡7以及工控机8。其连接方式为总拉深力传感器1通过螺纹设置在板料拉深机的主轴上，探针式组合压力传感器2通过螺丝固定于模具工件上，位移传感器3通过磁铁固定于上下模具之间，压边力传感器4设在板料拉深机的顶板上压住工件，电桥箱5、动态应变仪6、工控机8互相之间用数据线联接，并设在板料拉深机边的工作台上，总拉深力传感器1、探针式组合压力传感器2、位移传感器3、压边力传感器4与电桥箱5之间通过数据线联接，产生标准的0～10V电压信号通过数据线连接到动态应变仪6的输入端，动态应变仪6的输出端通过数据线联接到A/D采集卡7，A/D采集卡输出端与工控机8连接。
六个组合式探针传感器2均布在圆筒件拉深凹模上，用以测量出板料上空间点的正向力和切向力，并与电桥盒组成桥路，由动态应变仪6提供电源将电阻变化转化为电压变化，经过动态应变仪平衡、放大，通过A/D采集卡7把采集到的电信号进行采样量化，由多通道信号采集测试软件测得所测点处正向力大小和切向力大小，从而实时计算出该测量点的实时摩擦系数大小，并显示总拉深力，正向力和切向力，位移量曲线和数据。
如图3所示，探针式组合传感器2包括探针9，切向力悬臂梁弹性体10，滚珠11，预紧螺栓，正向力悬臂梁弹性体，其连接关系为探针9穿过切向力悬臂梁弹性体10后与正向力悬臂梁弹性体13通过滚珠11点接触，滚珠11与预紧螺栓12相对固定于正向力悬臂梁弹性体13，切向力悬臂梁弹性体10通过探针9与预紧螺栓12相对固定于模具工件内，正向力悬臂梁弹性体13通过螺丝固定于模具工件上。
采用小型的探针传递形变，探针9的头部尺寸小于等于3mm，与板料的接触面积小于10mm2，在一个面上布置多个测量点。
权利要求
1.一种摩擦系数测量系统，包括总拉深力传感器(1)、位移传感器(3)、压边力传感器(4)、电桥箱(5)、动态应变仪(6)、A/D采集卡(7)以及工控机(8)，其特征在于，还包括探针式组合压力传感器(2)，总拉深力传感器(1)通过螺纹设置在板料拉深机的主轴上，探针式组合压力传感器(2)通过螺丝固定于模具工件上，位移传感器(3)通过磁铁固定于上下模具之间，压边力传感器(4)设在板料拉深机的顶板上压住工件，电桥箱(5)、动态应变仪(6)、工控机(8)互相之间用数据线联接，并设在板料拉深机边的工作台上，总拉深力传感器(1)、探针式组合压力传感器(2)、位移传感器(3)、压边力传感器(4)与电桥箱(5)之间通过数据线联接，产生标准的0～10V电压信号通过数据线连接到动态应变仪(6)的输入端，动态应变仪(6)的输出端通过数据线联接到A/D采集卡(7)，A/D采集卡输出端与工控机(8)连接。
2.根据权利要求1所述的摩擦系数测量系统，其特征是，探针式组合传感器(2)包括探针(9)，切向力悬臂梁弹性体(10)，滚珠(11)，预紧螺栓(12)，正向力悬臂梁弹性体(13)，其连接关系为探针(9)穿过切向力悬臂梁弹性体(10)后与正向力悬臂梁弹性体(13)通过滚珠(11)点接触，滚珠(11)与预紧螺栓(12)相对固定于正向力悬臂梁弹性体(13)，切向力悬臂梁弹性体(10)通过探针(9)与预紧螺栓(12)相对固定于模具工件内，正向力悬臂梁弹性体(13)通过螺丝固定于模具工件上。
3.根据权利要求2所述的摩擦系数测量系统，其特征是，采用小型的探针传递形变，探针(9)的头部尺寸小于等于3mm，与板料的接触面积小于10mm2，在一个面上布置多个测量点。
全文摘要
一种摩擦系数测量系统属于材料加工领域。本发明总拉深力传感器通过螺纹设置在板料拉深机的主轴上，探针式组合压力传感器通过螺丝固定于模具工件上，位移传感器通过磁铁固定于上下模具之间，压边力传感器设在板料拉深机的顶板上压住工件，电桥箱、动态应变仪、工控机互相之间用数据线联接，总拉深力传感器、探针式组合压力传感器、位移传感器、压边力传感器与电桥箱之间通过数据线联接，产生电压信号通过数据线连接到动态应变仪的输入端，动态应变仪的输出端通过数据线联接到A/D采集卡，A/D采集卡输出端与工控机连接。本发明采集效果好，其灵敏度高、传感器元件少、体积小、价格便宜，适用范围广，特别适用于板料拉深成形工艺中研究摩擦的场合。
文档编号G01N19/02GK1560595SQ20041001642
公开日2005年1月5日 申请日期2004年2月19日 优先权日2004年2月19日
发明者娄臻亮, 舒世湘, 朱伟, 刘晖 申请人:上海交通大学