注塑機(jī)機(jī)筒內(nèi)徑磨損量的檢測(cè)

彭 燕，謝惠琴

（1.東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，廣東 東莞 523808；2.五邑大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 江門 529020）

注塑機(jī)的出現(xiàn)與發(fā)展，使人們的生活變得更加五彩繽紛。而注塑機(jī)機(jī)筒，是注塑機(jī)的重要配件。注塑機(jī)機(jī)筒是否磨損，直接影響注塑機(jī)的工作壽命。但對(duì)于注塑機(jī)機(jī)筒內(nèi)徑磨損量的在線測(cè)量，卻還沒(méi)受到用戶及生產(chǎn)商的重視。尤其是對(duì)于“∞”形狀機(jī)筒內(nèi)徑的測(cè)量，目前這方面的資料比較少。

本文結(jié)合某公司提供的“∞”形狀注塑機(jī)機(jī)筒，采用高精度非接觸感應(yīng)式測(cè)量方法，進(jìn)行了相關(guān)的研究。

1 測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)介

測(cè)量系統(tǒng)包括：被測(cè)工件、電渦流傳感器、測(cè)量電路、數(shù)據(jù)采集、計(jì)算機(jī)分析處理系統(tǒng)[1]。根據(jù)被測(cè)對(duì)象的測(cè)量精度和測(cè)量范圍要求，選用24 V穩(wěn)壓直流電源，電渦流傳感器及其所配置的前置器，選用NI USB-6009數(shù)據(jù)采集卡，結(jié)合NI公司的Lab VIEW 軟件平臺(tái)進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)處理的編程，并實(shí)現(xiàn)了測(cè)量系統(tǒng)所要求的所有功能。

2 測(cè)量條件及要求

圖1 被測(cè)工件示意圖

測(cè)量對(duì)象為“∞”形狀注塑機(jī)機(jī)筒內(nèi)徑，如圖1所示。其內(nèi)徑尺寸大小不一，整體長(zhǎng)度不一，內(nèi)孔Φ 68 mm，材料為鐵基合金。

2.1 測(cè)量條件

為了保證測(cè)量過(guò)程的穩(wěn)定性和重復(fù)精度，要求測(cè)量對(duì)象進(jìn)行必要的前置處理，滿足如下條件：

（1）雙螺桿擠出機(jī)的內(nèi)孔表面，在線工作狀態(tài)機(jī)筒需要做必要的清理，附著的雜質(zhì)厚度＜3 mm。

（2）機(jī)筒內(nèi)孔內(nèi)壁的材料為鐵基合金。

（3）機(jī)筒內(nèi)孔的磨損程度在各個(gè)工作段呈不均勻分布。

2.2 測(cè)量要求

（1）機(jī)筒內(nèi)孔直徑范圍Φ 52～120 mm；

（2）機(jī)筒內(nèi)孔長(zhǎng)度范圍150～500 mm；

（3）整體可測(cè)量長(zhǎng)度范圍500～2 000 mm；

（4）測(cè)量精度要求0.05 mm；

（5）數(shù)據(jù)處理。輸出連續(xù)測(cè)量點(diǎn)的直徑測(cè)量值，及直徑分布曲線。

3 測(cè)量原理及方法分析[2～4]

研究的目的是要實(shí)現(xiàn)機(jī)筒使用者的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。生產(chǎn)環(huán)境與生產(chǎn)工藝的不確定性，會(huì)導(dǎo)致機(jī)筒內(nèi)壁粘附的雜質(zhì)也不統(tǒng)一，但其都有一個(gè)共性：即雜質(zhì)均無(wú)導(dǎo)電性。因此，結(jié)合電渦流傳感器工作原理，我們采用電渦流位移傳感器。因?yàn)楸粶y(cè)對(duì)象尺寸大小不一，長(zhǎng)度不一，內(nèi)壁粘附雜質(zhì)厚度不一。因此，為使測(cè)量?jī)x器得到更有效的利用和延長(zhǎng)其使用壽命，我們采用感應(yīng)式非接觸測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量。

通過(guò)專門的實(shí)驗(yàn)標(biāo)定儀器，得出Φ 68 mm機(jī)筒相關(guān)的實(shí)驗(yàn)標(biāo)定數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 Φ 68 mm機(jī)筒的輸出特征

其測(cè)量輸出電壓信號(hào)與測(cè)量位移在測(cè)量范圍內(nèi)成線性關(guān)系，該Φ 68 mm機(jī)筒的位移與電壓的線性函數(shù)關(guān)系式為

y=0.75x+0.75

其中，

y為測(cè)量位移；

x為輸出電壓，

還可得出該線性函數(shù)的斜率k、截距b的值。

根據(jù)測(cè)量系統(tǒng)配置，結(jié)合上述傳感器的標(biāo)定值，針對(duì)Φ 68 mm“∞”型機(jī)筒，采用LabVIEW8.5軟件進(jìn)行了程序編寫，得出數(shù)據(jù)采集原理程序圖，如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)采集程序框圖

從圖3可以看出：

（1）使用Lab VIEW 軟件中的DAQ助手即可獲得采集的數(shù)據(jù)；

（2）當(dāng)前檢測(cè)結(jié)果，可以采用數(shù)值的text文本方式或是電子表格的格式輸出；

（3）當(dāng)輸出信號(hào)超出所要求的磨損量時(shí)，適時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)；

（4）可以將整個(gè)測(cè)量過(guò)程的數(shù)據(jù)，以波形的形式輸出。

4 測(cè)量數(shù)據(jù)處理與分析[5]

根據(jù)圖3所示的數(shù)據(jù)采集程序，針對(duì)Φ 68 mm“∞”型機(jī)筒，用一個(gè)電渦流位移傳感器進(jìn)行了相關(guān)的測(cè)量實(shí)驗(yàn)。

為了實(shí)驗(yàn)方便，利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有小型銑床，來(lái)代替實(shí)現(xiàn)控制安裝傳感器的機(jī)架部分。用銑床的工作臺(tái)固定安裝傳感器的梁，用工作臺(tái)的橫向運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)傳感器的直線運(yùn)動(dòng)。為避免梁發(fā)生較大的變形，選用長(zhǎng)為330 mm的梁?？紤]到小銑床工作臺(tái)橫向運(yùn)動(dòng)的量程，選用了長(zhǎng)為200 mm的Φ 68 mm“∞”型機(jī)筒，進(jìn)行了初步實(shí)驗(yàn)。

因?yàn)榱撼叽巛^小，因此發(fā)生的變形量比較小，與測(cè)量機(jī)筒的測(cè)量量程相比，其變形誤差可以忽略不計(jì)。銑床工作臺(tái)的平面度精度，可以滿足實(shí)驗(yàn)要求；軸向進(jìn)給進(jìn)度，也能滿足實(shí)驗(yàn)運(yùn)動(dòng)速度。

總言之，在機(jī)構(gòu)方面，關(guān)于直線度、同軸度、平面度等方面，我們所選用的小型銑床都能滿足未來(lái)測(cè)量實(shí)驗(yàn)要求。根據(jù)圖3所示的數(shù)據(jù)采集程序，進(jìn)行了初步的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，得到了相關(guān)的測(cè)量數(shù)據(jù)，其輸出波形圖如圖4所示。

圖4 查看數(shù)據(jù)輸出波形圖

從圖4查看數(shù)據(jù)輸出的波形，可以明顯看出：

（1）測(cè)量數(shù)據(jù)的變化范圍7.377 5～7.395 mm，測(cè)量精度可以達(dá)到0.017 5 mm，明顯滿足0.05 mm的測(cè)量精度要求。

（2）能得到每個(gè)實(shí)時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)，并能直觀地觀察到每個(gè)位置所對(duì)應(yīng)的位移量，即每個(gè)點(diǎn)的位置，利用這些數(shù)據(jù)，通過(guò)相關(guān)算法處理，與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行比較，可以轉(zhuǎn)換為機(jī)筒直徑的變化量，進(jìn)而得到整個(gè)機(jī)筒的磨損量，從而判斷出磨損程度。再根據(jù)決策原則，向使用者提出何時(shí)需要更換機(jī)筒決策建議。

（3）依據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，還可以得到該零件的表面特征參數(shù)，例如粗糙度、波度方面的一些參數(shù)。

綜上所述，該測(cè)量方法可以滿足機(jī)筒內(nèi)孔磨損量的測(cè)量要求，所獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)，經(jīng)不同的處理，還可以用于評(píng)定機(jī)筒內(nèi)孔的其他特征。例如機(jī)筒的圓柱度誤差，機(jī)筒內(nèi)表面的波度，“∞”形機(jī)筒兩孔中心線的平行度誤差，同時(shí)還能用于檢測(cè)新機(jī)筒是否合格的品質(zhì)檢測(cè)過(guò)程等等。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)雙螺桿“∞”型注塑機(jī)機(jī)筒內(nèi)徑磨損的測(cè)量方法及測(cè)量原理的分析，使用Lab View軟件采集測(cè)量的數(shù)據(jù)，并對(duì)其實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。結(jié)果證實(shí)，該測(cè)量方法是可行的，能滿足公司對(duì)測(cè)量精度和測(cè)量效率的要求。

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