帶磁致伸縮位移傳感器的欠壓量檢測方法

大型模鍛水壓機(jī)是機(jī)械制造工業(yè)中的一種重要機(jī)械設(shè)備，用于鍛造高強(qiáng)度鋁合金鍛件或帶孔的復(fù)雜鍛件。實(shí)現(xiàn)對模鍛件欠壓量精確檢測和有效控制對大型高強(qiáng)度鋁合金構(gòu)件的加工精度顯得至關(guān)重要。本發(fā)明采用MTS位移傳感器在線檢測模鍛件欠壓量。通過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析水壓機(jī)壓力對鍛件形變程度的影響，提高鍛件尺寸的加工精度和內(nèi)部織構(gòu)質(zhì)量。本發(fā)明主要包括以下內(nèi)容：

　　采用磁致伸縮位移傳感器實(shí)現(xiàn)模鍛件欠壓量的在線檢測。磁致伸縮位移傳感器精度高達(dá)±5um，可靠性好，利用兩個(gè)相交磁場產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變脈沖，產(chǎn)生超聲波信號，通過檢測該信號傳播所需的時(shí)間，換算出活動(dòng)磁環(huán)移動(dòng)的距離。位移傳感器測頭安裝在模鍛水壓機(jī)限程套上，其活動(dòng)磁環(huán)通過連接裝置安裝在活動(dòng)橫梁上，并通過波導(dǎo)管與傳感器測頭相連。當(dāng)模鍛件加壓時(shí)，活動(dòng)橫梁向下移動(dòng)，活動(dòng)磁環(huán)與波導(dǎo)管形成的相交磁場產(chǎn)生的應(yīng)變脈沖信號返回位移傳感器測頭，檢測出活動(dòng)磁環(huán)移動(dòng)的距離，計(jì)算出模鍛件的欠壓量。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得到模具及其支承座所受壓力與應(yīng)變量關(guān)系，建立壓力--應(yīng)變量的非線性曲線，得到模鍛件欠壓量補(bǔ)償值，修正MTS位移傳感器的檢測量

　　通過上述在線檢測方法，解決了大型模鍛水壓機(jī)欠壓量無法在線檢測的難題，為優(yōu)化大型模鍛水壓機(jī)模鍛件欠壓量自動(dòng)控制系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)，對于減少模鍛件的欠壓量，提高模鍛件的質(zhì)量，具有重要作用。

　　下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

　　圖1為采用MTS位移傳感器在線檢測欠壓量原理圖;

　　圖2為傳感器連接裝置結(jié)構(gòu)主視圖;

　　圖3為傳感器連接裝置結(jié)構(gòu)俯視圖;

　　圖4為模鍛件壓力一應(yīng)變量曲線圖。

　　[實(shí)施方式]欠壓量的檢測原理圖如圖1所示，水平移動(dòng)工作臺8將模具支承座7送入，位移傳感器測頭2固定于水壓機(jī)立柱的限程套1上，位移傳感器的活動(dòng)磁環(huán)3通過連接裝置9與活動(dòng)橫梁5相連，并通過波導(dǎo)管4與傳感器測頭2相連。當(dāng)模鍛水壓機(jī)模鍛加工時(shí)，活動(dòng)橫梁5沿水壓機(jī)立柱6向下運(yùn)動(dòng)，開始是空程，當(dāng)上模具和下模具接觸時(shí)，進(jìn)入工作行程，給活動(dòng)橫梁5加壓，使模鍛件變形，獲得模具成型的鍛件，完成工作行程。此后活動(dòng)橫梁5進(jìn)入返程，沿水壓機(jī)立柱6向上運(yùn)動(dòng)，最后停止，可停靠在操作空間中任意位置。工作行程內(nèi)活動(dòng)磁環(huán)3跟隨活動(dòng)橫梁5向下移動(dòng)一定距離，活動(dòng)磁環(huán)3與波導(dǎo)管4形成的相交磁場產(chǎn)生的應(yīng)變脈沖信號返回磁致伸縮位移傳感器測頭2，檢測出活動(dòng)磁環(huán)3在工作行程內(nèi)移動(dòng)的精確距離，將此距離與模鍛件加工設(shè)定的距離比較計(jì)算得到模鍛件的欠壓量。

　　傳感器連接裝置如圖2、3所示，MTS磁致伸縮位移傳感器測頭2固定于水壓機(jī)立柱的限程套1上，活動(dòng)磁環(huán)3通過連接裝置與活動(dòng)橫梁5部分相連。連接裝置由壓板支座10、上下兩對稱壓板11、上下兩對稱鋼球12、滑塊13和連接件14構(gòu)成，鋼球12與上下壓板11之間在水平方向上除摩擦力之外無其它力的傳遞，使得活動(dòng)橫梁5水平方向的振動(dòng)無法傳遞到滑塊13上，從而使傳感器免受活動(dòng)橫梁5水平振動(dòng)的影響，且避免活動(dòng)橫梁5傾斜可能產(chǎn)生的對滑塊13和導(dǎo)軌15的損壞;導(dǎo)軌15及滑塊13使得固定在滑塊13上的傳感器磁環(huán)3在垂直方向上的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，保證傳感器磁環(huán)3在水平方向上無擺動(dòng);滑塊13中的彈簧16使鋼球12在磨損后仍保持上下壓板11、鋼球12和滑塊13 之間無間隙，保證運(yùn)動(dòng)傳遞的準(zhǔn)確性。

　　經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得到模具及其支承座受壓力與應(yīng)變量的典型關(guān)系曲線如圖4所示，呈近似非線性關(guān)系，當(dāng)壓力<20 MPa時(shí)，幾乎沒有應(yīng)變;當(dāng)壓力超過20MPa時(shí)，模具及其支承座應(yīng)變量與壓力近似線性關(guān)系，壓力為30Mpa時(shí)，應(yīng)變量為13mm;壓力為40Mpa時(shí)，應(yīng)變量為27mm;壓力為50Mpa時(shí)，應(yīng)變量為45mm。最后獲得模具及其支承座應(yīng)變量隨壓力變化的擬合公式如式(1)所示：

　　X=AoP+Bo (1)

　　式中，X為模具及其支承座應(yīng)變量，P為模段水壓機(jī)在工作行程中所施加的壓力，Ao與Bo為通過標(biāo)定擬合曲線所得的系數(shù)。

　　根據(jù)上述標(biāo)定曲線和擬合公式，檢測水壓機(jī)工作行程中加壓的壓力值，計(jì)算出應(yīng)變量來補(bǔ)償MTS位移傳感器的檢測值，得到模鍛件準(zhǔn)確的欠壓量。