申请/专利权人：宿迁学院

申请日：2018-02-12

公开（公告）日：2024-04-23

公开（公告）号：CN108318359B

主分类号：G01N3/44

分类号：G01N3/44

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.23#授权;2019.03.12#实质审查的生效;2018.07.24#公开

摘要：本发明公开了一种钢线刀生产流水线中在线随动硬度测量装置，包括支撑架，支撑架上设置两根滑轨，滑轨上设置有吻合的滑块，滑块上连接有第一支撑座，第一支撑座上表面安装有硬度测量机构，第一支撑座下表面设置有螺母，螺母内设置有吻合的螺杆，螺杆两端分别安装在前轴承支撑座和后轴承支撑座上并通过伺服电机驱动，伺服电机安装在支撑架上，第一支撑座前方设置有光电编码器，光电编码器安装在支撑架上，光电编码器一侧安装有同步导轮。本发明参照装置式惯性导航系统中随载体运动测量的设计思想，巧妙的将随动装置系统与便携式小型硬度测量仪进行有机结合，创造性地提出了钢线刀在线随动硬度测量装置。

主权项：1.一种钢线刀生产流水线中在线随动硬度测量装置，包括支撑架，其特征在于，所述支撑架上设置两根滑轨，滑轨上设置有吻合的滑块，所述滑块上连接有第一支撑座，第一支撑座上表面安装有硬度测量机构，第一支撑座下表面设置有螺母，螺母内设置有吻合的螺杆，螺杆两端分别安装在前轴承支撑座和后轴承支撑座上并通过伺服电机驱动，伺服电机安装在支撑架上，第一支撑座前方设置有光电编码器，光电编码器安装在支撑架上，光电编码器一侧安装有同步导轮，同步导轮安装在第一支撑座上，同步轮前后两方分别设置有前导轮和后导轮，前导轮和后导轮均安装在支撑架上；所述前轴承支撑座和后轴承支撑座内均设置有轴承，轴承内设置有螺杆；所述前导轮和后导轮均安装在导轮支撑座上，导轮支撑座安装在支撑架上。

全文数据：一种钢线刀生产流水线中在线随动硬度测量装置技术领域[0001]本发明涉及钢线刀硬度检测领域，具体为一种钢线刀生产流水线中在线随动硬度测量装置。背景技术[0002]钢线刀又称模切刀或压痕刀，由于其具有良好的切向硬度以及法向柔韧性已经被广泛用于各种制作行业之中，特别是在瓦楞纸板、塑模纸板材料的切割上面应用的最为普遍。另外，钢线刀也被用于其他诸如不干胶标签以及垫片的切割工业。为了保证良好的材料模切效果，一般要求钢线刀具有较好性能质量、较长的使用寿命以及性能一致性。通常情况下，衡量钢线刀性能质量的参数主要有厚度、高度、弯曲度、韧性、硬度、刀面平整度，以及刀刃的硬度、锋利度、形状和弧度、可卷曲程度、可扭曲程度等。其中，钢线刀硬度，尤其是刃口硬度是影响其性能和寿命的关键参数。[0003]现阶段，钢线刀生产过程主要包括原料带清理毛刺、材料热处理、刃口加工、喷漆防锈、打码以及包装。其中，材料热处理工艺（退火、淬火、回火、冷却）的设计是影响钢线刀硬度参数的重要因素。由于，国内钢线刀生产线设备的自动化程度较低，钢线刀的硬度测量通常是在整批材料热处理加工完毕之后截取一段样品并将其放置在传统的硬度测量仪中进行人工测量的。如测量结果符合生产要求，则可将该批产品进行刃口加工；如不符合要求，则需要对其他批次产品的热处理工艺调整以期达到产品要求。这样势必会造成大量原材料及能源的浪费。因此，在钢线刀生产过程中，如能在材料热处理工艺之后随时进行硬度测量不仅能够保证整批次产品质量的一致性，还能够及时发现产品硬度参数发生变化，并能够及时调整热处理工艺参数，从而大幅度减少能源材料的浪费、提高成品率以及产品质量。发明内容[0004]一解决的技术问题针对现有技术的不足，本发明提供了一种钢线刀生产流水线中在线随动硬度测量装置，通过本发明可以完成在钢线刀连续加工过程中随产品移动测量硬度的工作。[0005]二技术方案为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种钢线刀生产流水线中在线随动硬度测量装置，包括支撑架，其特征在于，所述支撑架上设置两根滑轨，滑轨上设置有吻合的滑块，所述滑块上连接有第一支撑座，第一支撑座上表面安装有硬度测量机构，第一支撑座下表面设置有螺母，螺母内设置有吻合的螺杆，螺杆两端分别安装在前轴承支撑座和后轴承支撑座上并通过伺服电机驱动，伺服电机安装在支撑架上，第一支撑座前方设置有光电编码器，光电编码器安装在支撑架上，光电编码器一侧安装有同步导轮，同步导轮安装在第一支撑座上，同步轮前后两方分别设置有前导轮和后导轮，前导轮和后导轮均安装在支撑架上。[0006]优选地，所述前轴承支撑座和后轴承支撑座内均设置有轴承，轴承内设置有螺杆。[0007]优选地，所述前导轮和后导轮均安装在导轮支撑座上，导轮支撑座安装在支撑架上。[0008]优选地，所述硬度测量机构包括硬度测量计、安装架，所述安装架下端安装在第一支撑座上，安装架上端安装有直线电磁铁连接座，直线电磁铁连接座上设置有直线电磁铁；直线电磁铁连接座下方设置有双轴气缸，双轴气缸安装在安装架上，气缸下端和测量计连接座连接，测量计连接座上连接有硬度测量计连接。[0009]—种钢线刀生产流水线中在线随动硬度测量装置电路图，其特征在于，包括电源模块、复位模块、调试口模块、串口输出模块、气缸换向阀继电器模块、直线电磁铁继电器模块、电机控制模块、编码器模块、硬度计模块、运放信号调理模块、控制器芯片。[0010]优选地，所述控制器芯片型号为stm32n〇3微控制器芯片三有益效果本发明提供了一种钢线刀生产流水线中在线随动硬度测量装置，具备以下有益效果：1、本发明参照装置式惯性导航系统中随载体运动测量的设计思想，巧妙的将随动装置系统与便携式小型硬度测量仪进行有机结合，创造性地提出了钢线刀在线随动硬度测量装置，本装置具有在生产过程中随产品移动并对其硬度进行在线连续测量的特能力。[0011]2、本发明中小型高精度自动硬度测量仪不仅具有体积小、重量轻的特点，而且具有自动触发冲击载荷以及自动测量硬度的特点，测量过程完全不需要人工参与，提高了检测效率和质量；由于市面上便携式里氏硬度计的冲击触发多为手动控制没有自动控制的，因此本装置填补了这方面研究领域的空白。[0012]3、本发明可以在生产过程中随产品移动，进行在线硬度测量，无需单独切割测量样本，从而不会影响产品加工过程;本测量装置中的硬度测量仪与随动测量装置采用分体式设计，不仅可以在线进行硬度测量，还可以将其分开单独进行其他产品的硬度测量。附图说明[0013]图1为本发明结构不意图；图2为本发明硬度测量机构结构示意图；图3为本发明图IA处放大结构示意图；图4为本发明图IB处放大结构示意图；图5为本发明整体电路图；图6为本发明电源模块电路图；图7为本发明复位模块电路图；图8为本发明调试口模块电路图；图9为本发明串口输出模块电路图；图10为本发明气缸换向阀继电器模块和直线电磁铁继电器模块电路图；图11为本发明电机控制模块电路图；图12为本发明编码器模块电路图；图13为本发明硬度计模块电路图；图14为本发明运放信号调整模块电路图；图15为本发明控制器芯片电路图；图16为本发明随动硬度测量系统程序控制流程图；图17为本发明硬度测量子程序流程图。[0014]图中：1、支撑架，2、滑轨，3、滑块，4、第一支撑座，5、硬度测量机构，6、后轴承支撑座，7、前轴承支撑座，8、硬度测量计，9、螺杆，10、伺服电机，11、后导轮，12、前导轮，13、导轮支撑座，14、测量计连接座，15、双轴气缸，16、轴承，17、光电编码器，18、同步导轮，19、螺母，20、安装架，21、直线电磁铁连接座，22、直线电磁铁。具体实施方式[0015]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0016]如图1-4所示，本发明提供一种技术方案：一种钢线刀生产流水线中在线随动硬度测量装置，包括支撑架1，所述支撑架上设置两根滑轨2，滑轨上设置有吻合的滑块3，所述滑块上连接有第一支撑座4，第一支撑座上表面安装有硬度测量机构5，第一支撑座下表面设置有螺母19，螺母内设置有吻合的螺杆9，螺杆两端分别安装在前轴承支撑座7和后轴承支撑座6上并通过伺服电机10驱动，伺服电机安装在支撑架上，第一支撑座前方设置有光电编码器17，光电编码器安装在支撑架上，光电编码器一侧安装有同步导轮18,同步导轮安装在第一支撑座上，同步轮前后两方分别设置有前导轮12和后导轮11，前导轮和后导轮均安装在支撑架上。[0017]优选地，所述前轴承支撑座和后轴承支撑座内均设置有轴承16,轴承内设置有螺杆。[0018]优选地，所述前导轮和后导轮均安装在导轮支撑座13上，导轮支撑座安装在支撑架上。[0019]优选地，所述硬度测量机构包括硬度测量计8、安装架20,所述安装架下端安装在第一支撑座上，安装架上端安装有直线电磁铁连接座21，直线电磁铁连接座上设置有直线电磁铁22;直线电磁铁连接座下方设置有双轴气缸15,双轴气缸安装在安装架上，气缸下端和测量计连接座14连接，测量计连接座上连接有硬度测量计连接。在进行硬度测量之前，双轴气缸以及直线电磁铁处于收回状态。硬度测量开始后，首先控制气缸连接测量计连接座执行推出动作，当测量计连接座与钢线刀密切耦合Is后，控制直线电磁铁推出，从而释放里氏硬度测量计中的冲击体进行硬度测量。直线电磁铁推出Is后，分别控制直线电磁铁与气缸收回，从而完成硬度测量过程。[0020]如图5至图15所示，一种钢线刀生产流水线中在线随动硬度测量装置电路图，包括电源模块、复位模块、调试口模块、串口输出模块、气缸换向阀继电器模块、直线电磁铁继电器模块、电机控制模块、编码器模块、硬度计模块、运放信号调理模块、控制器芯片。[0021]具体工作原理：如图1至图17所示，本发明原理如下：1、钢线刀随动测量装置的设计、研制与测试钢线刀随动测量装置的功能在于为自动硬度测量仪提供一个能够主动控制的装置，该装置可以通过对钢线刀移动加工速度进行测量，进而驱动动力输出系统在钢线刀加工运动方向上输出与钢线刀速度相同的移动速度。当装置移动速度与钢线刀加工速度相同时，装置控制系统立即向自动硬度测量仪输出一个测量触发信号，随后进入钢线刀硬度测量过程。钢线刀随动测量装置的设计主要包括机械结构设计、控制系统设计。[0022]装置的机械结构设计是进行钢线刀随动测量装置设计基础。在该方面的研究中，随动测量装置中的作业装置用于为硬度测量提供一个密切耦合的第一支撑座，其安装于支撑架上。第一支撑座下部两侧分别安装两组滑块，同时滑块置于行走滑轨上。其中，滑块通过螺母、螺杆与伺服电机相连。在机械结构设计过程中，首先根据生产线的特点，确定安装位置及具体尺寸;其次，利用机械设计理论进行装置移动负载运算，根据运算结果选择适合功率的伺服电机;最后，利用PROE软件进行装置结构移动仿真以及零件装配图的绘制。[0023]控制系统以及控制算法设计是钢线刀随动测量装置设计中的核心与关键，其直接影响随动测量装置的控制精度。[0024]系统中光电编码器主要用来测量平台与钢线刀的相对移动速度。当编码器测量的相对移动速度不为零时，对电机移动速度进行反馈控制。当编码器测量的相对移动速度为零时，认为平台与钢线刀之间处于相对静止状态，随后进行硬度测量，向自动硬度测量仪输出一个硬度测量触发信号。在硬度测量结束后，该装置接收硬度测量仪所发出的测量结束信号，最后回到装置移动前的初始位置。根据装置的工作流程，可以确定实现装置功能需要构建以下子系统：1、电机控制与驱动装置系统由于钢线刀生产线中装置安装空间的限制，必然要求单次随动硬度测量时间较短。在实现短时间内将装置移动速度由静止提升至与钢线刀移动速度相同的速度时，该子系统需要有很好的动态特性，在启动速度，时间常数，响应速度等参数应能够适应在线硬度测量的特点。[0025]3、光电编码器信号传输、采集与解算系统电机驱动控制电路输出电机控制量的依据是钢线刀加工速度测量信号以及装置移动测量速度信号。要对载荷进行精确控制，就需要得到精确的速率信号，这就需要传感器工作不受干扰，采样传输尽量少的引入误差，采集电路能够精确地对信号进行采集。[0026]由于钢线刀移动加工过程是缓慢匀速的，控制环境没有较大的滞后、强干扰以及较大范围的模型参数变化，因此在线随动测量装置的移动控制算法利用传统的PID控制算法。该算法有结构简单，鲁棒性好，算法简单，易于实现等优点，其在随动系统中具有广泛的应用。常规的PID控制器的形式为式中，心为比例系数，A为积分时间常数，Tc为微分时间常数。[0027]由于利用光电编码器测量移动速度的采样频率较高，当采样周期To较短时可通过离散化将这一方程化为差分方程。为此用求和代替积分，用矩形积分来求连续积分的近似值，其离散化为式中，tAToTi，为积分比例系数;=iiP7VT，为微分比例系数；Δ2=1-2Ζ_1+ΖΛ为差分的平方。因此，根据随动测量装置所需的控制性能指标，确定上式中的合适三个系数，即可实现随动测量装置的PID控制。[0028]2、自动硬度测量仪的设计、研制与测试钢线刀自动硬度测量仪的功能在于当随动硬度测量装置的移动速度与钢线刀移动加工速度相同时，接收测量装置所发出的测量触发信号，随后利用里氏硬度测量原理进行钢线刀产品的在线硬度测量，在硬度测量结束后，自动硬度测量仪向随动测量装置发送一个测量结束信号，装置收到该信号后回到初始位置。根据上述功能，在自动硬度测量仪的研发主要包括硬度测量计选型、冲击触发模块与信号调理模块设计、硬度测量数据采集系统设计以及硬度测量误差的标定补偿。[0029]当随动测量装置与钢线刀加工保持相同的移动速度时，该装置向数据采集系统发出一个硬度测量开始信号。在该系统接收到测量开始信号后，立即利用冲击触发模块控制硬度测量计移动至与被测钢线刀产生密切耦合的状态，同时触发动态力冲击。探头内的冲击体经过与钢线刀碰撞后发生回弹，其回弹速度通过测量探头内部的线圈产生电压信号，该信号通过信号调理模块转化为可以进行数据采样的电压信号。数据采集系统以较高的采样率对调理后的电压信号进行高精度数据采集、运算，得到里氏硬度数据，同时对该数据进行存储、显示以及上传的操作。在测量结束后，数据采集系统向随动测量装置输出一个测量结束信号。根据上述工作过程，自动硬度测量仪中所包含的主要功能模块如下所示：1、硬度测量计里氏硬度测量原理为用规定质量的冲击体在弹力作用下，以一定速度冲击试样表面，用冲头在距试样表面Imm处的回弹速度与冲击速度的比值计算硬度值。[0030]根据里氏硬度测量环境不同，现阶段根据冲击装置的不同里氏测量探头几种，包括D型、C型、E型、G型等。其中，根据钢线刀材料的特性，本发明中选用C型测量探头。该测量探头的特点是冲击力小，对被测表面损伤很小，不破坏硬化层，适合测量小轻薄部件及表面硬化层。[0031]2、冲击触发模块冲击触发模块需要完成将冲击探头与钢线刀进行密切耦合，同时触发动态力冲击。由于C型测量探头在测量硬度时需要1.5kg以上的稳定支撑力，因此利用气缸给测量探头产生一定的压力，保证探头与样本间的耦合程度。另外，冲击触发模块还需要气缸产生控制冲击释放按钮的压力。[0032]3、信号调理模块信号调理模块主要用于将线圈产生的电压信号转化为可以被测量系统进行采样保持的电压范围。该模块主要包括放大电路、整流电路以及高频滤波电路。[0033]4、硬度测量数据采集系统设计硬度测量系统主要包括微控制器、AD转换器、FLASH存储、IXD液晶显示以及串行通讯。由于硬度测量探头的信号为动态力冲击信号，其冲击信号的时间很短，因此要求系统的AD转换器具有较高的转换精度以及较高的采样率。采样的数据经过误差补偿及运算得到准确的里氏硬度值，并根据里氏硬度与其他硬度值之间的转换关系，转换为所需的硬度值。[0034]为了保证硬度测量精度，除了要求数据测量系统的具有较高的采样精度，还要对该测量系统进行误差标定及补偿。误差标定方法为利用该测量系统测量具有不同硬度值的标准硬度块，所得的测量结果利用最小二乘法进行线性拟合。根据所得拟合直线，运算得到该硬度测量仪的零偏以及标度因数。利用所得误差参数对所得硬度测量数据进行补偿，BP可得到准确的里氏硬度测量数据。[0035]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个引用结构”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。[0036]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

权利要求：CN108318359A权利要求书11页ι·一种钢线刀生产流水线中在线随动硬度测量装置，包括支撑架，其特征在于，所述支撑架上设置两根滑轨，滑轨上设置有吻合的滑块，所述滑块上连接有第一支撑座，第一支撑座上表面安装有硬度测量机构，第一支撑座下表面设置有螺母，螺母内设置有吻合的螺杆，螺杆两端分别安装在前轴承支撑座和后轴承支撑座上并通过伺服电机驱动，伺服电机安装在支撑架上，第一支撑座前方设置有光电编码器，光电编码器安装在支撑架上，光电编码器一侧安装有同步导轮，同步导轮安装在第一支撑座上，同步轮前后两方分别设置有前导轮和后导轮，前导轮和后导轮均安装在支撑架上。2.根据权利要求1所述的一种钢线刀生产流水线中在线随动硬度测量装置，其特征在于:所述前轴承支撑座和后轴承支撑座内均设置有轴承，轴承内设置有螺杆。3.根据权利要求1所述的一种钢线刀生产流水线中在线随动硬度测量装置，其特征在于:所述前导轮和后导轮均安装在导轮支撑座上，导轮支撑座安装在支撑架上。4.根据权利要求1所述的一种钢线刀生产流水线中在线随动硬度测量装置，其特征在于:所述硬度测量机构包括硬度测量计、安装架，所述安装架下端安装在第一支撑座上，安装架上端安装有直线电磁铁连接座，直线电磁铁连接座上设置有直线电磁铁;直线电磁铁连接座下方设置有双轴气缸，双轴气缸安装在安装架上，气缸下端和测量计连接座连接，测量计连接座上连接有硬度测量计连接。5.—种钢线刀生产流水线中在线随动硬度测量装置电路图，其特征在于，包括电源模块、复位模块、调试口模块、串口输出模块、气缸换向阀继电器模块、直线电磁铁继电器模块、电机控制模块、编码器模块、硬度计模块、运放信号调理模块、控制器芯片。6.根据权利要求5所述的一种钢线刀生产流水线中在线随动硬度测量装置，其特征在于:所述控制器芯片型号为StmMf103微控制器芯片。2

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