專利名稱：用于模擬在輥式加工中工件上點(diǎn)位的壓縮載荷的壓力機(jī)的制作方法
背景技術(shù)：
本領(lǐng)域已經(jīng)熟知使用一個(gè)壓力機(jī)來(lái)模擬低應(yīng)變活化操作，例如在公布的國(guó)際申請(qǐng)WO99/56685中所討論的操作。此壓力機(jī)包括一個(gè)具有第一齒的靜止平板、一個(gè)具有第二齒的第二平板、一個(gè)安裝有第二平板的活動(dòng)壓頭、一個(gè)連接壓頭的旋轉(zhuǎn)伺服馬達(dá)和一個(gè)用于控制旋轉(zhuǎn)伺服馬達(dá)的運(yùn)行使得第二平板朝向第一平板運(yùn)動(dòng)以便一個(gè)工件被第一和第二平板的齒嚙合的控制器。壓力機(jī)不包括用于給控制器提供反饋信息(例如與壓頭、平板或馬達(dá)有關(guān)的位置或力的信息)的任何種類的傳感器。也沒(méi)用壓力機(jī)來(lái)模擬熔接操作。
其公開(kāi)內(nèi)容引入本文以供參考的美國(guó)專利4,854,984和4,919,738公開(kāi)了一種用于將多個(gè)工件層的各部分接合到一起的接合裝置，其中工件層中的至少一個(gè)包括一個(gè)熱塑性層。裝置包括一個(gè)花紋筒22、一個(gè)砧筒24、一個(gè)用于將滾筒22和24調(diào)整偏壓到一起的部件26?；y筒22具有“繞滾筒的每個(gè)末端周向延伸的鋸齒形圖案的隆凸51”，參見(jiàn)‘984專利的第4欄第65-67行。
使工程師/技術(shù)人員能夠快速和相對(duì)廉價(jià)地測(cè)試工件/纖網(wǎng)材料以確定在輥式加工中壓縮載荷對(duì)這樣一種工件/纖網(wǎng)的點(diǎn)位的影響的模擬裝置目前還未投入使用，例如使用其中一個(gè)輥具有多個(gè)隆凸的第一和第二輥實(shí)現(xiàn)的熔接操作。取而代之的是，必須制造一種例如包括第一和第二熔接輥用于實(shí)現(xiàn)輥式加工的裝置，以使工件能夠通過(guò)那些輥實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)操作。
因此，存在著對(duì)于模擬在輥式加工例如熔接操作過(guò)程中工件上點(diǎn)位的壓縮載荷的裝置的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明滿足了這種需求，其中提供了一種壓力機(jī)，用來(lái)模擬在輥式加工(例如熔接操作過(guò)程中)工件上點(diǎn)位的壓縮載荷。該裝置使工程師/技術(shù)人員能夠快速和相對(duì)廉價(jià)地測(cè)試工件/纖網(wǎng)材料以確定在輥式加工中壓縮載荷對(duì)這樣一種工件/纖網(wǎng)材料點(diǎn)位的影響。也提供了一種用于模擬在輥式加工中工件上點(diǎn)位的壓縮載荷的方法，其包括以下步驟提供包括至少一層的工件；提供具有一個(gè)基本平坦表面的第一平板；提供具有至少一個(gè)隆凸的第二平板；以及將第一和第二平板中的一個(gè)相對(duì)于第一和第二平板中的另一個(gè)移動(dòng)，使得平坦表面和隆凸壓縮工件上的點(diǎn)位以模擬在輥式加工中工件上點(diǎn)位的壓縮載荷。包括隆凸的第一和第二平板可被加熱到待測(cè)試工件的熔點(diǎn)溫度以下。此外，可采用在工件點(diǎn)位壓縮載荷試驗(yàn)期間采集的數(shù)據(jù)來(lái)生成一個(gè)“每單位工件點(diǎn)位面積上的載荷對(duì)工件樣本的壓縮百分比”曲線。


圖1為本發(fā)明用來(lái)復(fù)制在一個(gè)工件上由一對(duì)熔接輥所執(zhí)行的工作的裝置的側(cè)視圖；圖1A為實(shí)現(xiàn)熔接操作的第一和第二輥的示意圖；圖2A為圖示說(shuō)明一個(gè)裝有一個(gè)第二平板的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的滑架的透視圖，其中滑架位于由裝置機(jī)身的上下部分所限定的腔體內(nèi)；圖2B為裝置機(jī)身上部的透視圖；圖2C為安裝到機(jī)身下部上的滑架的透視側(cè)視圖，并且其中已經(jīng)去除了機(jī)身上部和直線伺服馬達(dá)；圖2D為滑架主體的透視圖；圖2E為滑架主體的后視圖；圖2F為滑架主體的前視圖；圖2G為滑架主體的側(cè)視圖；圖2H為滑架和馬達(dá)第二構(gòu)件的透視圖；圖2I為滑架和馬達(dá)第二構(gòu)件一部分的透視圖；圖3A為滑架和安裝到滑架上的第二平板的一部分的透視圖；圖3B為滑架的一部分和機(jī)身下部的一部分的側(cè)透視圖；圖4為在圖1裝置中的伺服線性馬達(dá)之一的U型第一構(gòu)件的透視圖；圖5為裝置機(jī)身的外側(cè)支承構(gòu)件、L型位置限制構(gòu)件、彈簧加載板、彈簧受載板、加熱板、冷卻板和圖1所示裝置的第一平板的透視圖；
圖6和7為裝置機(jī)身的外側(cè)支承構(gòu)件、L型位置限制構(gòu)件、彈簧加載板、彈簧受載板、加熱板和冷卻板的透視圖，并且其中未畫出靜止的第一平板；圖6A為L(zhǎng)型位置限制構(gòu)件、彈簧受載板、加熱板和冷卻板各部分的透視圖，并且其中未畫出靜止的第一平板；圖8為第一和第二平板的頂視圖，其中工件樣本S被固定到第一平板上；圖9為圖示說(shuō)明用于驅(qū)動(dòng)圖1裝置的馬達(dá)的一個(gè)驅(qū)動(dòng)器控制器和放大器的方框圖；圖9A為圖示說(shuō)明本發(fā)明的加熱器控制器的方框圖；圖9B為一個(gè)方框圖，圖示說(shuō)明在控制作為時(shí)間函數(shù)的滑架位置時(shí)在處理來(lái)自測(cè)力傳感器的力反饋過(guò)程中圖1裝置的控制器所采用的步驟；圖10A為實(shí)施例的位置與時(shí)間曲線圖；圖10B為實(shí)施例的速度與時(shí)間曲線圖；圖10C為實(shí)施例的加速度與時(shí)間曲線圖；和圖11為“每單位工件面積上的載荷對(duì)工件樣本的壓縮百分比”曲線圖。
具體實(shí)施例方式
用于在輥式加工中工件/纖網(wǎng)材料上的多個(gè)點(diǎn)位或不連續(xù)位置上實(shí)現(xiàn)壓縮載荷的方法已為人們所熟知，例如公開(kāi)于美國(guó)專利4,854,984和4,919,738中的熔接方法，其公開(kāi)內(nèi)容均引入本文以供參考。這樣一種方法涉及將諸如一個(gè)熱塑性雙層纖網(wǎng)材料之類的工件W通過(guò)由輥22、24確定的輥縫N，其中第一輥22具有多個(gè)隆凸25，參見(jiàn)圖1A。借助于隆凸25通過(guò)在點(diǎn)位WPS處壓縮工件/纖網(wǎng)材料，在那些點(diǎn)位處實(shí)現(xiàn)了摩擦接合。就是說(shuō)，在每個(gè)點(diǎn)位WPS處的材料在足夠的壓力和足夠的速度下被隆凸25所壓縮，使每個(gè)點(diǎn)位WPS處的材料流動(dòng)或熔融。如果工件/纖網(wǎng)材料包括兩層或多層，則使那些層在每個(gè)點(diǎn)位彼此粘合。實(shí)施例工件材料包括熱塑性纖網(wǎng)、薄膜等，例如聚乙烯纖網(wǎng)、薄膜等，其材料可包括厚度為約0.05mm至約5mm的單層材料、厚度為約0.1mm至約10mm的雙層材料或具有三層或更多層的材料。無(wú)論如何，工件W的至少一部分包括一種熱塑性材料是優(yōu)選的。
圖1中圖示說(shuō)明了依照本發(fā)明所制造的并用來(lái)復(fù)制例如由一對(duì)熔接輥22、24在工件W上所執(zhí)行工作的裝置10。裝置10包括一個(gè)基本靜止的第一平板100和一個(gè)可直線運(yùn)動(dòng)的第二平板200，第一平板具有一個(gè)基本平坦的外表面102，參見(jiàn)圖1、5和8，第二平板200具有一個(gè)從非常平坦的外表面204伸出的隆凸202(圖1中未示出)，參見(jiàn)圖2A、3A和8。參見(jiàn)圖8，隆凸202的長(zhǎng)度在X方向上為約0.5mm至約10mm，以及其遠(yuǎn)端202a在Y方向上的直徑為約1mm至約5mm。
本發(fā)明的裝置10使工程師/技術(shù)人員能夠快速地和相對(duì)廉價(jià)地測(cè)試工件/纖網(wǎng)材料，以確定在輥式加工例如采用其中一個(gè)輥具有多個(gè)隆凸的第一和第二輥實(shí)現(xiàn)的熔接操作過(guò)程中，壓縮載荷對(duì)這樣一種工件/纖網(wǎng)材料的點(diǎn)位的影響。
裝置10還包括一個(gè)固定機(jī)身20，其包括一個(gè)下部22和一個(gè)固定連接到下部22上的上部24，參見(jiàn)圖1、2A和2B。裝置10還包括一個(gè)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的滑架30，其包括一個(gè)位于由機(jī)身20的下部和上部22和24所限定的一個(gè)腔體26內(nèi)部的主體部分34，參見(jiàn)圖2A、圖2C(在圖2C中，上部24已經(jīng)從下部22上去除以圖示說(shuō)明滑架30)和圖2D-2G(在圖2D-2G，僅圖示說(shuō)明了主體部分34)。
滑架30借助于安裝到形成滑架主體部分34一部分的一對(duì)翼34c上的常規(guī)直線軸承32沿著第一和第二滑軌28a和28b運(yùn)動(dòng)，參見(jiàn)圖2A、2C、2D和3A和3B。滑架30的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)八個(gè)單獨(dú)的伺服線性馬達(dá)40來(lái)實(shí)現(xiàn)，所有的馬達(dá)聯(lián)合運(yùn)行，其中馬達(dá)40以產(chǎn)品名稱“LEC-S-4P”購(gòu)自Rockwell International Corporation。每個(gè)伺服馬達(dá)40包括一個(gè)大致U型的第一構(gòu)件42，其包括一個(gè)具有安裝在其U型腔體內(nèi)部并基本上在其整個(gè)長(zhǎng)度上延伸的多個(gè)磁鐵42b的金屬U型元件42a，參見(jiàn)圖2A和4，以及一個(gè)活動(dòng)的第二構(gòu)件43，其包括一個(gè)金屬支撐板，其具有繞著支承板纏繞的并沿著其長(zhǎng)度延伸的多個(gè)線圈，參見(jiàn)圖2H和2I。將四個(gè)第一構(gòu)件42固定連接到機(jī)身20上部24的內(nèi)表面24a上，參見(jiàn)圖2A，同時(shí)在滑架30的正下方將剩下的四個(gè)第一構(gòu)件(未示出)固定連接到機(jī)身20下部22的上表面(未示出)上。將四個(gè)第二構(gòu)件43固定連接到滑架主體部分34的主板34d的上部34a上，同時(shí)將剩下的四個(gè)第二構(gòu)件(未示出)固定連接到滑架主體部分34的主板34d的下部34b上。將四個(gè)聚合物支承板44固定到主板34d的上部34a上，參見(jiàn)圖2A，并將四個(gè)聚合物支承板(未示出)安裝到主板34d的下部34b上。將固定連接到滑架主體部分34的主板34d的上部和下部34a和34b上的馬達(dá)第二構(gòu)件43與聚合物板44串聯(lián)安裝，參見(jiàn)圖2H。在啟動(dòng)馬達(dá)40時(shí)，每個(gè)第二構(gòu)件43相對(duì)于其對(duì)應(yīng)的第一構(gòu)件42運(yùn)動(dòng)，使得滑架30相對(duì)于固定機(jī)身20直線運(yùn)動(dòng)。在圖示說(shuō)明的實(shí)施方案中，馬達(dá)40能夠以達(dá)到+/-3米/秒的速度和以達(dá)到+/-196m/s2的加速度移動(dòng)滑架30；并且使滑架30產(chǎn)生一個(gè)等于約+/-20,000牛頓的加載力，即由隆凸202頂靠工件W和第一平板100所加的力。
提供了其中一種以產(chǎn)品代號(hào)“Turbo PMAC 2-PC”商購(gòu)自Delta TauCorporation的驅(qū)動(dòng)控制器300用于控制馬達(dá)40的運(yùn)行，參見(jiàn)圖9。驅(qū)動(dòng)控制器300產(chǎn)生一個(gè)被第一和第二放大器360a和360b接收的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。放大器360a和360b以產(chǎn)品代號(hào)“Quad Amp.”購(gòu)自Delta TauCorporation。每個(gè)放大器360a、360b均被連接到四個(gè)伺服馬達(dá)40上。響應(yīng)接收來(lái)自控制器300的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，每個(gè)放大器360a、360b產(chǎn)生基本相同的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)給其對(duì)應(yīng)的四個(gè)馬達(dá)40。
滑架30相對(duì)于固定機(jī)身20的位置通過(guò)一個(gè)連接到固定機(jī)身20的上部24上的線性編碼器讀出頭410進(jìn)行檢測(cè)，參見(jiàn)圖2A，讀出頭從安裝到滑架30上與滑架30一起運(yùn)動(dòng)的一個(gè)相應(yīng)的傳感器帶412讀取位置值。
滑架30還包括一個(gè)冷卻板36和一個(gè)加熱板38，參見(jiàn)圖2A、3A和8。將第二平板200用例如螺栓直接安裝到加熱板38上。板38通過(guò)一對(duì)電阻加熱器38a進(jìn)行加熱，參見(jiàn)圖2A和3A。板38的溫度通過(guò)一個(gè)熱電偶38b進(jìn)行檢測(cè)，其產(chǎn)生溫度信號(hào)給一個(gè)加熱器控制器320，參見(jiàn)圖2A和9A。加熱器控制器320控制電阻加熱器38a的啟動(dòng)以將板38保持在所需的溫度，例如從約室溫到約160℃。冷卻板36通過(guò)將空氣流經(jīng)板36進(jìn)行冷卻?？諝馔ㄟ^(guò)一對(duì)空氣管道被提供給板36，空氣管道通過(guò)配件36a連接到板36上，參見(jiàn)圖3A。冷卻板36減少呈熱量形式的能量從加熱板38被轉(zhuǎn)移到滑架主體部分34。
提供了一對(duì)彈簧加載的后擋50來(lái)限制滑架30在遠(yuǎn)離第一平板100的方向上行進(jìn)，參見(jiàn)圖1。
再次參見(jiàn)圖1，機(jī)身20的下部22包括一個(gè)外支承構(gòu)件22a。在圖示的實(shí)施方案中，穿過(guò)支承構(gòu)件22a延伸的是四個(gè)螺孔(未示出)，其每個(gè)具有一個(gè)對(duì)應(yīng)的螺桿60，參見(jiàn)圖6和7。固定連接到外支承構(gòu)件22a上的是一對(duì)L型位置限制構(gòu)件22b和22c。一個(gè)彈簧加載板70被安放在構(gòu)件22b和22c之間并緊靠螺桿60。一個(gè)彈簧受載基板72也被安放在構(gòu)件22b和22c之間并借助于多個(gè)壓縮彈簧74偏壓限制構(gòu)件22b和22c的懸臂部分22d，參見(jiàn)圖5至7和6A。一對(duì)定位桿72a從平板72伸出來(lái)并穿過(guò)在彈簧加載板70中裝設(shè)的直線軸承70a以及在支承構(gòu)件22a中裝設(shè)的直線軸承(未示出)，參見(jiàn)圖7。彈簧74被安裝在從彈簧受載板72中伸出的相應(yīng)桿上。在彈簧加載板70中設(shè)有孔，用于安放繞著其安裝彈簧74的桿。彈簧加載板70的位置可通過(guò)調(diào)節(jié)螺桿60的位置而改變，以調(diào)節(jié)彈簧74頂靠板72所加的偏置力。在圖示的實(shí)施方案中，設(shè)置了約十二(12)個(gè)彈簧74來(lái)施加約7000磅(31,000N)的力頂靠彈簧受載板72。
將一個(gè)冷卻板80借助于螺栓(未示出)固定連接到彈簧受載板72上，參見(jiàn)圖5至7和6A。將一個(gè)加熱板82借助于預(yù)壓螺釘固定安裝到冷卻板80上。位于冷卻板80和加熱板82之間的是多個(gè)壓電測(cè)力傳感器84，在圖示的實(shí)施方案中是四個(gè)，參見(jiàn)圖6A和7，其連同用于將加熱板82連接到冷卻板80上的預(yù)壓螺釘一起以產(chǎn)品代號(hào)“Load Washer和PreloadScrew，型號(hào)9031”購(gòu)自Kistler Instrument Corporation。測(cè)力傳感器84產(chǎn)生的信號(hào)被提供給一個(gè)求和裝置84a，參見(jiàn)圖9，其以產(chǎn)品代號(hào)“4-GangConnector，型號(hào)107B”購(gòu)自Kistler Corporation。求和器84a用來(lái)將四個(gè)測(cè)力傳感器84產(chǎn)生的信號(hào)累加并產(chǎn)生一個(gè)集中力信號(hào)給一個(gè)放大器84b。放大器84b以產(chǎn)品代號(hào)“Dual Charge Amplifier，型號(hào)5010B”購(gòu)自KistlerCorporation。放大器84b產(chǎn)生一個(gè)放大的力信號(hào)給控制器300并代表由于第一和第二平板100和200嚙合一個(gè)纖網(wǎng)材料樣本S由冷卻板80直接施加到測(cè)力傳感器84上的組合力。將加熱板82連接到平板80上的預(yù)壓螺釘貫穿測(cè)力傳感器84上的中心孔。
例如用螺栓(未示出)將圖5所示的然而圖6、7和6A中未顯示的第一平板100直接安裝到加熱板82上。板82借助于一對(duì)電阻加熱器82a進(jìn)行加熱，參見(jiàn)圖5、6和6A。板82的溫度通過(guò)熱電偶82b進(jìn)行檢測(cè)，其產(chǎn)生溫度信號(hào)給控制器320，參見(jiàn)圖6、6A和9A。加熱器控制器320控制電阻加熱器82a的啟動(dòng)以將板80保持在所需的溫度，例如從約室溫到約160℃。冷卻板80通過(guò)流經(jīng)板80的空氣進(jìn)行冷卻?？諝饨柚谝粚?duì)空氣管道被提供給板80，空氣管道通過(guò)配件80a被連接到板80上。冷卻板80減少呈熱量形式的能量從加熱板82被轉(zhuǎn)移到彈簧受載板72。
為防止第一和第二平板100和200由于滑架30朝向第一平板100的超程而損壞，提供了一個(gè)傳感器排列。它包括一個(gè)安裝到限制構(gòu)件22c上的微動(dòng)開(kāi)關(guān)94和一個(gè)固定安裝到彈簧受載板72上的致動(dòng)器96，參見(jiàn)圖6和7。微動(dòng)開(kāi)關(guān)94被連接到控制器300上，參見(jiàn)圖9。如果滑架30的超程發(fā)生，則第二平板200上的隆凸202將與第一平板100嚙合。當(dāng)由隆凸202頂靠第一平板100并因此頂靠彈簧受載板72所施加的力超過(guò)由壓縮彈簧74頂靠板72所施加的偏置力時(shí)，板72將在朝向彈簧加載板70的方向上移動(dòng)，使致動(dòng)器96驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)94，其又產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的信號(hào)給控制器300。在響應(yīng)過(guò)程中，控制器300斷開(kāi)給馬達(dá)40驅(qū)動(dòng)滑架30的動(dòng)力。
在熔接操作期間，參見(jiàn)圖1A，達(dá)到工件材料熔點(diǎn)下面的足夠溫度以及在足夠的速度下，每個(gè)隆凸25和嚙合或第二輥24的對(duì)應(yīng)部分24a壓縮工件W上的點(diǎn)位WPS一個(gè)足夠的量，以使點(diǎn)位WPS處的材料流動(dòng)或熔融。如果工件W包括兩層或多層材料，則那些層被粘合到一起。要說(shuō)明的是，在熔接操作期間，隆凸25和對(duì)應(yīng)部分24a可處在基本等于室溫的溫度下或被加熱到室溫之上，例如達(dá)到約160℃。
工件W例如纖網(wǎng)材料上的點(diǎn)位WPS以速度Vw經(jīng)過(guò)由輥22、24所確定的輥縫N移動(dòng)并且當(dāng)其穿過(guò)輥縫N時(shí)被隆凸25和第二輥24的對(duì)應(yīng)部分24a嚙合一段時(shí)間2T。工件W上的給定點(diǎn)位WPS被隆凸25和第二輥24的對(duì)應(yīng)部分24a嚙合的總嚙合時(shí)間的一半可用下列公式來(lái)確定T=T1=T2=acos[1-EMDi]·[Di2·Vw]]]>其中
EM等于其中點(diǎn)位WPS被隆凸25和第二輥24的對(duì)應(yīng)部分24a從初始厚度MT到終了厚度G所壓縮的量，參見(jiàn)圖1A；Di等于第一和第二輥22和24的直徑(假定輥22和24的直徑相等；還假定一對(duì)隆凸25的長(zhǎng)度被包括在輥22的直徑中)；和Vw等于工件速度。
當(dāng)隆凸25開(kāi)始與工件W接觸時(shí)，輥22上的隆凸25相對(duì)于第二輥24上的對(duì)應(yīng)部分24a的初始位置Pi1(其等于當(dāng)隆凸202開(kāi)始與工件W接觸時(shí)裝置10第二平板200上的隆凸202相對(duì)于第一平板100上外表面102的初始位置)可用下列公式來(lái)確定Pi1=G+Di·[1-cos[acos(1-EMDi)·(-1)]]]]>其中EM等于點(diǎn)位WPS被隆凸25和第二輥24的對(duì)應(yīng)部分24a所壓縮的量，并且也等于點(diǎn)位WPS被第二平板200的隆凸202和第一平板100的外表面102所壓縮的量；Di等于第一和第二輥22和24的直徑；和G等于工件點(diǎn)位WPS的終了壓縮厚度，參見(jiàn)圖1A。
當(dāng)隆凸25開(kāi)始與工件W接觸時(shí)，輥22上的隆凸25相對(duì)于第二輥24的對(duì)應(yīng)部分24a的初始隆凸速度Vi1(其等于當(dāng)隆凸202開(kāi)始與工件W接觸時(shí)裝置10第二平板200上的隆凸202相對(duì)于第一平板100上的外表面102的初始速度)可用下列公式來(lái)確定Vi1=+Di·sin[acos(1-EMDi)·(-1)]·[acos(1-EMDi)T]]]>其中EM等于點(diǎn)位WPS被隆凸25和第二輥24的對(duì)應(yīng)部分24a所壓縮的量，并且也等于點(diǎn)位WPS被第二平板200的隆凸202和第一平板100的外表面102所壓縮的量；
Di等于第一和第二輥22和24的直徑；和T等于工件W上的點(diǎn)位WPS被第一輥隆凸25和第二輥24的對(duì)應(yīng)部分24a嚙合的總嚙合時(shí)間的一半，其等于工件W上的點(diǎn)位WPS被第二平板200上的隆凸202和第一平板100的外表面102嚙合的總嚙合時(shí)間的一半。
當(dāng)隆凸25開(kāi)始與工件W接觸時(shí)輥22上的隆凸25相對(duì)于第二輥24的對(duì)應(yīng)部分24a的初始隆凸加速度Ai1(其等于當(dāng)隆凸202開(kāi)始與工件W接觸時(shí)裝置10第二平板200上的隆凸202相對(duì)于第一平板100上的外表面102的初始加速度)可用下列公式來(lái)確定Ai1=+Di·cos[acos(1-EMDi)·(-1)]·[acos(1-EMDi)T]2]]>其中EM等于點(diǎn)位WPS被隆凸25和第二輥24的對(duì)應(yīng)部分24a所壓縮的量或點(diǎn)位WPS被第二平板200的隆凸202和第一平板100的外表面102所壓縮的量；Di等于第一和第二輥22和24的直徑；和T等于工件W上的點(diǎn)位WPS被隆凸25和第二輥24的對(duì)應(yīng)部分24a嚙合的總嚙合時(shí)間的一半或工件W上的點(diǎn)位WPS被第二平板200上的隆凸202和第一平板100的外表面102嚙合的總嚙合時(shí)間的一半。
本發(fā)明的裝置10按下列方式模擬熔接加工。
在進(jìn)行模擬之前，工程師/技術(shù)人員確定與要模擬的熔接操作有關(guān)的下列參數(shù)所需的工件速度Vw，即如果工件W穿過(guò)一對(duì)第一和第二輥22和24之間其運(yùn)行的速度、第一和第二輥22、24的直徑Di和點(diǎn)位WPS被第一輥隆凸25和第二輥24的對(duì)應(yīng)部分24a所壓縮的量EM，即工件初始厚度MT-工件終了厚度G。
如上所述，第一平板100具有一個(gè)非常平坦的外表面102以及第二平板200具有從非常平坦的外表面204伸出的隆凸202，參見(jiàn)圖2A、3A、5和8。
用例如帶子(未示出)將待測(cè)試工件W的大致矩形的樣本S固定到第一平板100的外表面102上，參見(jiàn)圖8。工件W可包括一層或多層，總厚度即組合的所有層的厚度可為約0.05mm至10mm，并可包括一種熱塑性材料。在工件樣本S與隆凸202嚙合之前，在將滑架30移動(dòng)到使得第二平板200上的隆凸202剛好緊貼工件樣本S的位置處的過(guò)程中將樣本S加熱到一預(yù)定溫度，例如從約室溫加熱到約160℃。如上所述，加熱器控制器320將加熱板38和82保持在預(yù)定溫度?？捎每刂频筋A(yù)定溫度的加熱板38和82通過(guò)將樣本S在第一和第二平板100和200之間保持一段預(yù)定時(shí)間將樣本S加熱到所需溫度。
驅(qū)動(dòng)控制器300根據(jù)由測(cè)力傳感器84和線性編碼器讀出頭410產(chǎn)生的反饋控制伺服線性馬達(dá)40的運(yùn)行，參見(jiàn)圖9?？刂破?00使馬達(dá)40從原位朝向第一平板100驅(qū)動(dòng)滑架30，使得第二平板隆凸202與第一平板外表面102一起將樣本S上的點(diǎn)位WPS壓縮到所需的厚度G。在第二平板200已經(jīng)相對(duì)于第一平板100被移動(dòng)到一個(gè)預(yù)定位置以使隆凸202和第一平板100能夠?qū)Ⅻc(diǎn)位WPS壓縮到所需的厚度G之后，控制器300接著使馬達(dá)40在遠(yuǎn)離第一平板100的方向上驅(qū)動(dòng)滑架30，使得第二平板200上的隆凸202脫離工件樣本S，并進(jìn)一步使得滑架30返回到其原位。在圖示的實(shí)施方案中，滑架30從其原位到其中第二平板200上的隆凸202位于與第一平板外表面102隔開(kāi)一段距離的預(yù)定最內(nèi)位置的位置的運(yùn)動(dòng)被分成不連續(xù)的四段前進(jìn)加速段、前進(jìn)線性段、前進(jìn)過(guò)渡段和嚙合段。此外，滑架30從其中第二平板200上的隆凸202位于與第一平板外表面102隔開(kāi)一段距離的所需位置的位置處返回到其原位的運(yùn)動(dòng)被分成不連續(xù)的四段脫離段、回退過(guò)渡段、回退線性段和回退加速段。
八個(gè)段中的每一個(gè)均包括多個(gè)相等的離散時(shí)間間隔，例如300微秒。例如，確定執(zhí)行八個(gè)段所需的總周期并且然后用該總周期除以驅(qū)動(dòng)控制器300在熔接模擬操作期間能夠處理的預(yù)定的控制點(diǎn)數(shù)目例如7990，以確定離散時(shí)間間隔的周期(本文也稱作第一周期TP1)。如果計(jì)算出的離散時(shí)間間隔的周期小于預(yù)定值，例如300微秒，則采用預(yù)定值。
采用下面要討論的與八個(gè)段對(duì)應(yīng)的公式，處理器/存儲(chǔ)器單元340確定在每個(gè)段內(nèi)的每個(gè)離散時(shí)間間隔的滑架30的對(duì)應(yīng)位置。時(shí)間間隔和對(duì)應(yīng)的滑架位置被提供給驅(qū)動(dòng)控制器300。在前進(jìn)加速段、前進(jìn)線性段、前進(jìn)過(guò)渡段、回退過(guò)渡段、回退線性段和回退加速段期間，驅(qū)動(dòng)控制器300產(chǎn)生適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)信號(hào)給放大器360a、360b以根據(jù)對(duì)應(yīng)的預(yù)定滑架位置和響應(yīng)來(lái)自線性編碼器讀出頭410的滑架位置信號(hào)控制滑架30的運(yùn)動(dòng)。在嚙合和脫離段期間，驅(qū)動(dòng)控制器300產(chǎn)生適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)信號(hào)給放大器360a、360b以根據(jù)對(duì)應(yīng)的預(yù)定滑架位置和響應(yīng)來(lái)自線性編碼器讀出頭410的滑架位置信號(hào)和來(lái)自放大器84b的力信號(hào)控制滑架30的運(yùn)動(dòng)。
當(dāng)?shù)诙桨迓⊥?02的遠(yuǎn)端202a開(kāi)始與第一平板外表面102接觸時(shí)，滑架30位于其“0位”。嚙合段的定義是，發(fā)生在滑架30位于距其“0位”的距離等于裝置10能夠測(cè)試的最大工件樣本厚度時(shí)，直到隆凸遠(yuǎn)端202a被定位在距第一平板外表面102所需的最內(nèi)距離使得工件樣本S上的點(diǎn)位WPS被壓縮到所需厚度G為止。脫離段的定義是，發(fā)生在滑架30倒轉(zhuǎn)其方向以移動(dòng)第二平板200遠(yuǎn)離第一平板100時(shí)，直到滑架30達(dá)到距其“0位”的距離等于最大工件樣本厚度為止。處理器/存儲(chǔ)器單元340計(jì)算發(fā)生在嚙合和脫離段期間多個(gè)相等的離散時(shí)間間隔中的每一個(gè)的滑架位置、隆凸速度Ve和隆凸加速度如下。通過(guò)分別取每個(gè)滑架位置對(duì)時(shí)間的一階和二階導(dǎo)數(shù)，用處理器/存儲(chǔ)器單元340計(jì)算嚙合和脫離段的隆凸速度和加速度值。
處理器/存儲(chǔ)器單元340用上述的計(jì)算嚙合時(shí)間T的公式和待模擬的熔接加工的預(yù)定值確定嚙合時(shí)間T，其等于在嚙合和脫離段期間工件樣本S上的給定點(diǎn)位WPS被嚙合的總周期2T的一半。嚙合時(shí)間T等于嚙合段的周期T1以及脫離段的周期T2，即嚙合段的周期等于脫離段的周期。嚙合段的周期T1和脫離段的周期T2然后被分成多個(gè)相等的離散時(shí)間間隔，其每一個(gè)均具有如上所述的周期。對(duì)于嚙合和脫離段的每個(gè)時(shí)間間隔，處理器/存儲(chǔ)器單元340采用以下公式計(jì)算隆凸位置PP(i)=G+Di·[1-cos[acos(1-EMDi)·(tT-1)]]]]>其中P(i)＝在嚙合段期間的位置；EM等于點(diǎn)位WPS被隆凸25和第二輥24的對(duì)應(yīng)部分24a所壓縮的量或點(diǎn)位WPS被隆凸202和第一平板的外表面102所壓縮的量；Di等于第一和第二輥22和24的直徑；
t等于0至T1，其中T1等于嚙合段期間的總時(shí)間；T等于工件樣本S上的點(diǎn)位WPS被第二平板200上的隆凸202和第一平板100上的外表面102嚙合的總嚙合時(shí)間的一半；和G等于工件樣本點(diǎn)位WPS的終了壓縮厚度。
P(o)=G+Di·[1-cos[acos(1-EMDi)·(tT-1)]]]]>其中P(o)＝在脫離段期間的位置；EM等于點(diǎn)位WPS被隆凸25和第二輥24的對(duì)應(yīng)部分24a所壓縮的量，并且也等于點(diǎn)位WPS被隆凸202和第一平板的外表面102所壓縮的量；Di等于第一和第二輥22和24的直徑；t等于T1至(T1+T2)，其中T2等于脫離段期間的總時(shí)間；T等于工件樣本S上的點(diǎn)位WPS被第二平板200上的隆凸202和第一平板100上的外表面102嚙合的總嚙合時(shí)間的一半；和G等于工件樣本點(diǎn)位WPS的終了壓縮厚度。
從每個(gè)所計(jì)算的隆凸位置P，處理器/存儲(chǔ)器單元340確定對(duì)應(yīng)的滑架位置。處理器/存儲(chǔ)器單元340也確定嚙合段每個(gè)離散時(shí)間間隔的隆凸速度和隆凸加速度，如上所述。它還確定脫離段每個(gè)離散時(shí)間間隔的隆凸速度和隆凸加速度，如上所述。處理器/存儲(chǔ)器單元340然后提供離散時(shí)間間隔和對(duì)應(yīng)的滑架位置、隆凸速度和隆凸加速度給馬達(dá)控制器300，其將信息存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。
在滑架30達(dá)到其中隆凸202距第一平板外表面102的距離等于工件能夠進(jìn)行測(cè)試的最大工件樣本厚度后，控制器300使伺服線性馬達(dá)40繼續(xù)朝向第一平板100驅(qū)動(dòng)滑架30，使得第二平板隆凸202和第一平板外表面102嚙合并將工件樣本S上的點(diǎn)位WPS壓縮到所需的終了厚度G。在產(chǎn)生合適的驅(qū)動(dòng)信號(hào)給放大器360a、360b的過(guò)程中，控制器300考慮到來(lái)自線性編碼器讀出頭410的位置反饋信息，使得它將由讀出頭410提供的位置信息所確定的滑架30的實(shí)際位置與預(yù)定的所需位置相比較。在產(chǎn)生適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)信號(hào)給放大器360a、360b的過(guò)程中，控制器300也考慮到了由測(cè)力傳感器84產(chǎn)生的力信息。
當(dāng)在平板100和200之間未提供一個(gè)工件樣本S并且移動(dòng)第二平板200使得其隆凸202相對(duì)于第一平板外表面102位于所需的最內(nèi)位置時(shí)，滑架位置的公差無(wú)需來(lái)自測(cè)力傳感器84的力反饋信息就可被控制到約+/-10微米。這是因?yàn)樵趪Ш虾兔撾x段期間第二平板200沒(méi)有力施加到第一平板100上，因?yàn)榧词孤⊥?02相對(duì)于第一平板外表面102運(yùn)動(dòng)到所需的最內(nèi)位置，隆凸202也從未接觸第一平板外表面102或工件樣本S。當(dāng)提供了一個(gè)工件樣本S時(shí)，隆凸202和第一平板外表面102在嚙合工件樣本S期間產(chǎn)生一個(gè)載荷。該載荷應(yīng)該被馬達(dá)40所抵消以實(shí)現(xiàn)將滑架位置精確控制到較小的公差，例如約+/-10微米至約+/-35微米。因此，控制器300增大提供給放大器360a、360b的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以便使馬達(dá)40對(duì)滑架30產(chǎn)生的力增大大致等于測(cè)力傳感器84檢測(cè)到的力的大小的量。
圖9B圖示說(shuō)明了一個(gè)工作特性方框圖，其顯示了當(dāng)控制作為時(shí)間函數(shù)的滑架30的位置時(shí)，控制器300依照一個(gè)包括處理來(lái)自測(cè)力傳感器84的力反饋的伺服控制器算法所采取的步驟。
在步驟500，對(duì)于發(fā)生在每個(gè)段的離散時(shí)間間隔，控制器300連續(xù)檢索由處理器/存儲(chǔ)器單元340預(yù)確定并事先提供給控制器300的所需的滑架位置P2。發(fā)生在每個(gè)段期間的每個(gè)離散時(shí)間間隔包括同樣的第一周期TP1。在被稱為“軌跡發(fā)生器”步驟的步驟500a期間，控制器300在滑架位置P2即在離散時(shí)間間隔處生成的粗略的滑架位置之間內(nèi)插，每個(gè)時(shí)間間隔包括第一周期TP1，使得在第二時(shí)間間隔處生成了準(zhǔn)確的滑架位置P2F，每個(gè)均包括一個(gè)第二周期TP2，其小于第一周期TP1。
在步驟502，通過(guò)將準(zhǔn)確的滑架位置P2F與測(cè)定的滑架位置相比較，控制器300生成一個(gè)位置誤差值。采用通過(guò)查詢線性編碼器讀出頭410所獲得的數(shù)據(jù)確定每個(gè)所測(cè)定的滑架位置，參見(jiàn)步驟504。在步驟503，通過(guò)累加，當(dāng)前的位置誤差與在步驟503b期間確定的其積分值組合起來(lái)。在步驟503b期間的產(chǎn)生的位置誤差積分提供一種方法，通過(guò)這種方法，控制器300可強(qiáng)制位置誤差為零，即控制器300連續(xù)地累積位置誤差并將累積誤差加回到當(dāng)前的位置誤差中。
在步驟500a期間確定的準(zhǔn)確滑架位置P2F被用于步驟502a中以產(chǎn)生一個(gè)速度前饋信號(hào)。在步驟502a期間，控制器300確定準(zhǔn)確滑架位置P2F關(guān)于伺服控制器算法時(shí)基的一階導(dǎo)數(shù)，其時(shí)基包括離散時(shí)間間隔，每個(gè)周期均等于上述的第二周期TP2。速度前饋信號(hào)典型地被用來(lái)補(bǔ)償存在于裝置10中的機(jī)械阻尼即摩擦。在步驟500a期間確定的準(zhǔn)確滑架位置P2F也被用于步驟502b中以產(chǎn)生一個(gè)加速度前饋信號(hào)，其中控制器300取準(zhǔn)確的滑架位置P2F關(guān)于伺服控制器算法時(shí)基的二階導(dǎo)數(shù)，其時(shí)基包括離散時(shí)間間隔，每個(gè)周期均等于上述的第二周期TP2。加速度前饋信號(hào)典型地被用來(lái)補(bǔ)償系統(tǒng)慣性。在步驟503a，速度和加速度前饋信號(hào)疊加在一起。
在步驟513期間通過(guò)取接收自編碼器讀出頭410的實(shí)際位置值的一階導(dǎo)數(shù)確定滑架30的速度。在步驟508期間，一階導(dǎo)數(shù)或滑架速度值被乘以導(dǎo)數(shù)增益值以在控制器300中提供用于穩(wěn)定性的阻尼。在步驟507，從步驟503期間所確定的和以及步驟503a期間所確定的和減去步驟508的輸出。在步驟509期間，步驟507的輸出被乘以一個(gè)增益因子以提供馬達(dá)40所需的響應(yīng)，使得可對(duì)于所需的響應(yīng)調(diào)節(jié)控制器300的時(shí)間、過(guò)沖和總帶寬。在這種情況下，與滑架30運(yùn)動(dòng)到所需位置P2有關(guān)的優(yōu)選響應(yīng)包括使位置誤差降至最低、使滑架30的定位中的過(guò)沖降至最低和在最短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到所需的位置P2。
步驟509的輸出典型地被稱作電流參比值，并通常被直接提供給控制器300中的一個(gè)馬達(dá)電流發(fā)生器算法，其算法包括一個(gè)電流控制回路。然而，依照本發(fā)明，在步驟510，控制器300查詢測(cè)力傳感器放大器84b并產(chǎn)生一個(gè)與測(cè)力傳感器84檢測(cè)到的載荷即由滑架30施加到工件W上的壓力成正比的壓縮載荷值?？刂破?00然后將壓縮載荷值乘以一個(gè)比例因子以將來(lái)自測(cè)力傳感器放大器84b的原始信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)成比例的值，其代表與馬達(dá)40施加到滑架30上產(chǎn)生工件W上的壓縮載荷的力成正比的馬達(dá)電流。在步驟512，這個(gè)成比例的壓縮載荷值被加到電流參比值上以產(chǎn)生一個(gè)值，其代表馬達(dá)40將滑架30移動(dòng)到如步驟509的輸出所確定的下一個(gè)所需的位置P2所必需的實(shí)際力以及產(chǎn)生如步驟510的輸出所代表的工件W上的壓縮載荷所必需的馬達(dá)力。在步驟516，采用一個(gè)電流回路，控制器300基于步驟512的輸出確定一個(gè)合適的驅(qū)動(dòng)信號(hào)給第一和第二放大器360a和360b。電流回路典型地根據(jù)馬達(dá)的電特性曲線進(jìn)行配置并進(jìn)行改良以提供所需的電流響應(yīng)。在這個(gè)實(shí)施方案中，所需的電流響應(yīng)為在對(duì)步驟512的輸出最快的可達(dá)率下電流過(guò)沖最小。
通過(guò)在步驟512利用與電流參比值成比例的壓縮載荷值，控制器300根據(jù)由滑架30施加到工件W上的載荷的變化有效地繞過(guò)步驟502、502a和502b中的位置、速度和加速度回路，使得確定第一和第二放大器360a和360b的驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)更直接地考慮到壓縮載荷差異，從而直接提高作為時(shí)間函數(shù)的滑架30的位置控制精度。同樣要指出的是，當(dāng)考慮到了載荷值時(shí)，改善了用于控制馬達(dá)40運(yùn)行以及作為時(shí)間函數(shù)的滑架30的位置的控制器響應(yīng)時(shí)間。就是說(shuō)，在步驟512期間沒(méi)有考慮測(cè)力傳感器檢測(cè)的載荷值，由工件W施加到滑架30上(反之亦然)的壓縮載荷的變化將不得不通過(guò)位置、速度和加速度控制回路間接考慮。這樣做將減少控制器300在控制馬達(dá)40運(yùn)行過(guò)程中的響應(yīng)時(shí)間，使得控制器300所控制的滑架位置的控制精度受到負(fù)面影響，尤其是在由工件W施加到滑架30上(反之亦然)的載荷快速變化時(shí)的高速情況下。
第二平板200相對(duì)于第一平板100依照離散時(shí)間間隔和對(duì)應(yīng)的隆凸位置的直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致對(duì)樣本S所做的工作模擬樣本S假如已經(jīng)穿過(guò)一對(duì)熔接輥22、24并被第一輥22上的隆凸25已經(jīng)嚙合將會(huì)做的工作。控制器300所控制的滑架30的運(yùn)動(dòng)典型地導(dǎo)致隆凸202的遠(yuǎn)端202a遵從例如圖10A所示的位置對(duì)時(shí)間曲線。
處理器/存儲(chǔ)器單元340用來(lái)確定每個(gè)離散的時(shí)間間隔(其間隔具有和與嚙合和脫離段對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔一樣的同一周期)的滑架位置(本文也稱作“隆凸位置”)和其它參數(shù)的公式將被提供給剩下的段，即前進(jìn)加速段、前進(jìn)線性段、前進(jìn)過(guò)渡段、回退過(guò)渡段、回退線性段和回退加速段。對(duì)于這些段，單元340提供時(shí)間間隔和對(duì)應(yīng)的滑架位置給驅(qū)動(dòng)控制器300。
對(duì)于嚙合段而言，工程師/技術(shù)人員確定裝置10能夠測(cè)試的工件樣本最大厚度，并將該值提供給處理器/存儲(chǔ)器單元340。單元340通過(guò)以上所述計(jì)算T1的公式確定滑架30從其中第二平板隆凸202的遠(yuǎn)端202a位于距第一平板外表面102距離等于工件材料最大厚度的位置移動(dòng)到其中隆凸202位于距第一平板外表面102所需的終了距離的位置即其中樣本S上的點(diǎn)位WPS被壓縮到所需的厚度G所必需的時(shí)間。要說(shuō)明的是，可試驗(yàn)厚度小于工件樣本最大厚度的工件樣本S，參見(jiàn)圖11，其中所試驗(yàn)的工件樣本的厚度為3.5mm，同時(shí)材料最大厚度為6.912mm。其后，單元340將時(shí)間T1除以預(yù)定的時(shí)間間隔周期即如上述所確定的第一周期TP1以確定嚙合段的多個(gè)離散時(shí)間間隔。對(duì)于每個(gè)離散時(shí)間間隔，單元340然后按上述方式確定隆凸位置P(對(duì)應(yīng)于相對(duì)于滑架“0位”的滑架位置，其中0位時(shí)隆凸遠(yuǎn)端202a與第一平板外表面102相接觸)、隆凸速度(其等于滑架速度)和隆凸加速度(其等于滑架加速度)，并且參見(jiàn)下面所述的實(shí)施例，其中嚙合段的總時(shí)間T1等于9.19毫秒。
將前進(jìn)過(guò)渡段的總時(shí)間設(shè)定為一個(gè)預(yù)定值，例如3.1毫秒，并且典型地在所有的熔接過(guò)程模擬期間，對(duì)于該段采用同樣的時(shí)間。該段的終了隆凸位置(對(duì)應(yīng)于相對(duì)于滑架“0位”的終了滑架位置)、終了隆凸速度和終了隆凸加速度全部等于嚙合段的初始隆凸位置、初始隆凸速度和初始隆凸加速度，參見(jiàn)下面所述的實(shí)施例。此外，該段的初始隆凸加速度必須為0。從這些給定數(shù)值中，單元340確定該段的初始和中間隆凸位置、初始和中間隆凸速度值和初始和中間隆凸加速度值。
在前進(jìn)線性段期間，隆凸加速度(對(duì)應(yīng)于滑架加速度)降低到零，使得隆凸速度被保持在一個(gè)常數(shù)值。當(dāng)它從正加速度變到負(fù)加速度時(shí)，該段用來(lái)緩沖滑架30的任何振動(dòng)。將該段的時(shí)間設(shè)定為一個(gè)預(yù)定值例如2.0毫秒，并且典型地在所有的熔接過(guò)程模擬期間，對(duì)于該段采用同樣的時(shí)間。終了隆凸加速度必須等于零并且終了隆凸速度必須等于前進(jìn)過(guò)渡段的初始隆凸速度，參見(jiàn)下面所述的實(shí)施例。
在前進(jìn)加速段期間，滑架300以固定比率從開(kāi)始在原位處的0速度加速到等于前進(jìn)線性段的初始速度的終了速度?；茉挥晒こ處?技術(shù)人員進(jìn)行確定并與滑架“0位”有關(guān)。典型地其等于或近似等于滑架30可距其“0位”定位的最大距離。在下面所述的實(shí)施例中，其被定位在75mm處。該段的距離等于原位距滑架“0位”的距離減去滑架30在前進(jìn)線性和前進(jìn)過(guò)渡段期間移動(dòng)的距離之和和工件樣本的最大厚度。該段的時(shí)間不預(yù)先確定。單元340確定在該段的預(yù)定距離內(nèi)滑架30從0速度被加速到等于前進(jìn)線性段的初始隆凸速度的正恒定加速度(即，隆凸加速度)。
對(duì)于脫離段而言，處理器/存儲(chǔ)器單元340最初通過(guò)上述的計(jì)算T2的公式確定滑架30從其中第二平板200上的隆凸202與工件樣本S上的點(diǎn)位WPS處于其最大嚙合深度的位置移動(dòng)到其中隆凸202距第一平板外表面102的距離等于裝置10能夠測(cè)試的工件樣本最大厚度的位置所必需的時(shí)間。其后，單元340將時(shí)間T2除以預(yù)定的時(shí)間間隔周期即如上所述確定的第一周期TP1來(lái)確定脫離段的多個(gè)離散時(shí)間間隔。單元340然后按上面討論的方式確定對(duì)于每個(gè)離散的時(shí)間間隔的隆凸位置E(等于距“0位”的滑架位置)、隆凸速度(其等于滑架速度)和隆凸加速度(其等于滑架加速度)，參見(jiàn)下面所述的實(shí)施例，其中該段的總時(shí)間T2等于9.19毫秒。
將回退過(guò)渡段的總時(shí)間設(shè)定為一個(gè)預(yù)定值例如3.1毫秒，并且典型地，在所有的熔接過(guò)程模擬期間，對(duì)于該段采用同樣的時(shí)間。該段的初始隆凸位置、初始隆凸速度和初始隆凸加速度(在實(shí)施例中以及對(duì)于回退過(guò)渡段、回退加速段和脫離段，正加速度具有一個(gè)負(fù)值以及負(fù)加速度具有一個(gè)正值)均等于脫離段的終了隆凸位置、終了隆凸速度和終了隆凸加速度，參見(jiàn)下面所述的實(shí)施例。此外，終了隆凸加速度在回退過(guò)渡段結(jié)束時(shí)必須為0。從這些給定的數(shù)值中，單元340確定該段的初始和中間隆凸位置、初始和中間隆凸速度值和初始和中間隆凸加速度值。
在回退線性段期間，隆凸加速度為零。當(dāng)它從正加速度變到負(fù)加速度時(shí)，該段用來(lái)緩沖滑架30的任何振動(dòng)。將該段的時(shí)間設(shè)定為一個(gè)預(yù)定值例如2.0毫秒，并且典型地在所有的熔接過(guò)程模擬期間，對(duì)于該段采用同樣的時(shí)間。該段的初始齒頂速度必須等于回退過(guò)渡段的終了齒頂速度，參見(jiàn)下面所述的實(shí)施例。
在幾乎整個(gè)回退加速段期間，滑架300以固定比率從等于回退線性段終了速度的初始速度降到0速度，在該點(diǎn)滑架處于其原位處。該段的距離等于原位距“0位”的距離減去滑架30在回退線性和回退過(guò)渡段期間移動(dòng)的距離之和和工件樣本最大厚度。該段的時(shí)間不預(yù)先確定。單元340確定在該段的預(yù)定距離內(nèi)要加速的滑架30從等于回退線性段的終了隆凸速度的速度到0速度的恒定減速度(即隆凸減速度)。
處理器/存儲(chǔ)器單元340采用下列公式確定前進(jìn)加速段、前進(jìn)線性段、前進(jìn)過(guò)渡段、回退過(guò)渡段、回退線性段和回退加速段的每個(gè)相等的離散時(shí)間間隔的隆凸位置即滑架位置以及其它參數(shù)Tfl＝前進(jìn)線性段的時(shí)間；預(yù)定值為例如0.0020秒；Tft＝前進(jìn)過(guò)渡段的時(shí)間；預(yù)定值為例如0.0031秒；Tbl＝回退(后退)線性段的時(shí)間；預(yù)定值為例如0.0020秒；Tbt＝回退(后退)過(guò)渡段的時(shí)間；預(yù)定值為例如0.0031秒；EM等于工件樣本S的初始厚度MT減去樣本上的點(diǎn)位WPS的終了厚度；Di等于第一和第二輥22、24的直徑(假定輥22、24的直徑相同)；以及Vw等于工件速度；Plim＝等于滑架原位和滑架0位之間的距離；T＝T1＝T2；和Npts＝在所有的段期間所有相同周期的控制點(diǎn)的總數(shù)，例如7990。
前進(jìn)過(guò)渡段的初始速度(米/秒)Vft1=Vi1-Ai1·Tft2]]>前進(jìn)過(guò)渡段的振動(dòng)(米/秒3)Kf=(Ai1-0)Tft]]>前進(jìn)過(guò)渡段的初始位置(米)Pft1=Pi1-Vft1·Tft-Kf·Tft36]]>前進(jìn)線性段的初始位置(米)Pfl1＝Pft1-Vft1·Tfl前進(jìn)加速段的時(shí)間(秒)Tfa=(Pfl1-Plim)Vft12]]>前進(jìn)加速段的加速度(米/秒2)Afa=(Vft1-0)Tfa]]>前進(jìn)段的總時(shí)間(秒)
Tf＝T1+Tft+Tfl+Tfa前進(jìn)加速和前進(jìn)線性段的總時(shí)間Tfal＝Tfa+Tfl前進(jìn)加速、前進(jìn)線性和前進(jìn)過(guò)渡段的總時(shí)間(秒)Tfalt＝Tfa+Tfl+Tft終了脫離位置(米)Po2=G+Di·[1-cos[acos(1-EMDi)·(1)]]]]>終了脫離速度(米/秒)Vo2=+Di·sin[acos(1-EMDi)·(1)]·[acos(1-EMDi)T]]]>終了脫離加速度(米/秒2)Ao2=+Di·cos[acos(1-EMDi)·(1)]·[acos(1-EMDi)T]2·]]>回退過(guò)渡段的振動(dòng)(米/秒3)Kb=(0-Ao2)Tbt]]>
回退過(guò)渡段的終了位置(米)Pbt2=Po2+Vo2·Tbt+(Ao2·Tbt2)2+(Kb·Tbt3)6]]>回退過(guò)渡段的終了速度(米)Vbt2=Vo2+Ao22·Tbt]]>回退線性位置的終了位置(米)Pbl2＝Pbt2+Vbt2·Tbl回退加速段的時(shí)間(秒)Tba=(Plim-Pbl2)(Vbt22)]]>回退加速段的加速度(米/秒2)Aba=(0-Vbt2)Tba]]>前進(jìn)段和脫離段的總時(shí)間(秒)Tbo＝Tf+T2前進(jìn)段加上脫離和回退過(guò)渡段的總時(shí)間(秒)
Tbot＝Tf+T2+Tbt前進(jìn)段加上脫離、回退過(guò)渡段和回退線性段的總時(shí)間(秒)Tbotl＝Tf+T2+Tbt+Tbl前進(jìn)和回退段的總時(shí)間(秒)Tfb＝Tf+T2+Tbt+Tbl+Tba每個(gè)工序控制點(diǎn)的周期(秒)Tspl=TfbNpts]]>前進(jìn)加速段的位置(米)；其中t＝0至Tfa(秒)Pfa=Plim+Afa·t22]]>前進(jìn)線性段的位置(米)；其中t＝0至Tfl(秒)Pfl＝Pfl1+Vft1·t前進(jìn)過(guò)渡段的位置(米)；其中t＝0至Tft(秒)Pft=Pft1+Vft1·t+Kf·t36]]>嚙合段的位置(米)；其中t＝0至T1(秒)
Pi=G+Di·[1-cos[acos(1-EMDi)·(tT-1)]]]]>脫離段的位置(米)；其中t＝T1至(T1+T2)(秒)Po=G+Di·[1-cos[acos(1-EMDi)·(tT-1)]]]]>回退過(guò)渡段的位置(米)；其中t＝0至Tbt(秒)Pbt=Po2+Vo2·t+Ao2·t22+Kb·t36]]>回退線性段的位置(米)；其中t＝0至Tbl(秒)Pbl＝Pbt2+Vbt2·t回退加速段的位置(米)；其中t＝0至Tba(秒)Pba=Pbl2+Vbt2·t+Aba·t22]]>在進(jìn)行試驗(yàn)操作之前，控制器300控制第二平板200的運(yùn)動(dòng)以便其朝向第一平板100緩慢移動(dòng)直到其隆凸202嚙合第一平板外表面102為止。在就要嚙合的時(shí)候，伺服線性馬達(dá)40的位置誤差增大，因?yàn)榛?0的移動(dòng)受到隆凸202和第一平板外表面102間嚙合的阻礙，其位置誤差的增大用控制器300進(jìn)行檢測(cè)。也就是說(shuō)，控制器300從線性編碼器讀出頭410產(chǎn)生的位置信號(hào)確定滑架30的位置未改變，即使控制器300正在產(chǎn)生一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)給馬達(dá)40提供動(dòng)力也是如此。隨著檢測(cè)到滑架30的0運(yùn)動(dòng)，控制器300分辨出滑架30位于滑架30的“0位”、即其中隆凸202與第一平板外表面102嚙合的滑架30位置。在從傳感器帶412讀出對(duì)應(yīng)的位置值之后，根據(jù)線性編碼器讀出頭410產(chǎn)生的位置信號(hào)，控制器300把滑架30的當(dāng)前位置規(guī)定為處在滑架“0位”。
下面陳述了由一個(gè)實(shí)施例熔接模擬操作得來(lái)的數(shù)據(jù)。圖10A圖示說(shuō)明了實(shí)施例的位置對(duì)時(shí)間曲線；圖10B圖示說(shuō)明了實(shí)施例的速度對(duì)時(shí)間曲線；和圖10C圖示說(shuō)明了實(shí)施例的加速度對(duì)時(shí)間曲線(1g＝9.8m/s2)。
如圖5和8所示，裝置10還包括連接到第一平板100上的四個(gè)電測(cè)微計(jì)傳感器104以在熔接模擬操作即工件點(diǎn)位壓縮操作期間檢測(cè)第一平板外表面102和第二平板外表面204間的距離。傳感器104可以產(chǎn)品代碼8000系列購(gòu)自康奈提格州Middletown的Kaman AerospaceCorporation，并能夠以+/-0.5微米的精度檢測(cè)外表面102和204之間的距離。傳感器104產(chǎn)生的信號(hào)被提供給驅(qū)動(dòng)控制器300，其又連同測(cè)力傳感器數(shù)據(jù)、滑架位置數(shù)據(jù)和離散時(shí)間間隔數(shù)據(jù)一起轉(zhuǎn)送相應(yīng)的信號(hào)給處理器/存儲(chǔ)器單元340。
在圖示說(shuō)明的實(shí)施方案中，驅(qū)動(dòng)控制器300未采用傳感器104的信號(hào)輸出來(lái)控制馬達(dá)40的運(yùn)行。然而，在對(duì)于一個(gè)完整的工件點(diǎn)位壓縮操作生成一個(gè)“每單位工件點(diǎn)位面積上的載荷對(duì)工件樣本的壓縮百分比”曲線過(guò)程中，處理器/存儲(chǔ)器單元340采用傳感器104所產(chǎn)生的信息。具體地講，對(duì)于與第二平板隆凸202的遠(yuǎn)端202a處在距第一平板100的外表面102約1.0mm至距外表面102的距離等于工件樣本S的終了壓縮厚度G的范圍內(nèi)的時(shí)候?qū)?yīng)的點(diǎn)位壓縮試驗(yàn)段，單元340采用由傳感器104產(chǎn)生的信息。當(dāng)?shù)诙桨迓⊥?02的遠(yuǎn)端202a的距離距第一平板外表面102大于1.0mm時(shí)，處理器/存儲(chǔ)器單元340采用按下面討論的方式所計(jì)算的滑架位置確定曲線。
當(dāng)隆凸202的遠(yuǎn)端202a處在等于工件樣本的初始厚度MT至1.0mm、或者距第一平板外表面102某些其它預(yù)定距離的范圍內(nèi)時(shí)，用下列公式確定工件壓縮百分比壓縮百分比＝([MT-P(t)]/MT)×100％其中MT＝工件樣本的初始厚度；和
P(t)＝相對(duì)于滑架“0位”的滑架位置，其中0位時(shí)隆凸遠(yuǎn)端202a與第一平板外表面102接觸，并用下列公式來(lái)確定P(t)=G+Di·[1-cos[acos(1-EMDi)·(tT-1)]]]]>公式A其中EM等于其中點(diǎn)位被第二平板200上的隆凸202和第一平板100的外表面102所壓縮的最終數(shù)量；G等于所需的工件樣本的終了壓縮厚度；Di等于第一和第二輥的直徑；t等于加工時(shí)間并且值的范圍為0至(T1+T2)；和T＝T1＝T2等于工件點(diǎn)位被第二平板200上的隆凸202和所述第一平板100的外表面102嚙合的總時(shí)間的一半。
當(dāng)隆凸202的遠(yuǎn)端202a在距第一平板外表面102為1.0mm或某些其它預(yù)定距離至距第一平板外表面102的距離等于工件樣本S的終了壓縮厚度G的范圍內(nèi)時(shí)，用下列公式確定工件壓縮百分比壓縮百分比＝([MT-S(t)]/MT)×100％其中MT＝工件樣本的初始厚度；S(t)＝隆凸遠(yuǎn)端202a和第一平板外表面102之間的距離，用四個(gè)電子測(cè)微傳感器104產(chǎn)生的信號(hào)來(lái)確定。
對(duì)于嚙合和脫離段的每個(gè)時(shí)間間隔，“每單位工件點(diǎn)位面積上的載荷”采用測(cè)力傳感器數(shù)據(jù)除以隆凸遠(yuǎn)端202a的外表面積來(lái)確定。處理器/存儲(chǔ)器單元340假定，當(dāng)隆凸遠(yuǎn)端202a即滑架位置被定位在距第一平板外表面102的距離等于工件樣本的初始厚度時(shí)，隆凸202已經(jīng)嚙合了工件樣本S，其距離由線性編碼器讀出頭數(shù)據(jù)進(jìn)行確定。與下面所述的實(shí)施例和厚度為3.5mm的聚乙烯工件對(duì)應(yīng)的“每單位工件點(diǎn)位面積上的載荷對(duì)工件樣本的壓縮百分比”曲線見(jiàn)于圖11中。
依照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，工件樣本的壓縮百分比不采用來(lái)自四個(gè)電子測(cè)微傳感器104的數(shù)據(jù)進(jìn)行確定。取而代之的是，確定包括彈簧74組合的偏移機(jī)械元件的單一彈簧常數(shù)，例如通過(guò)使隆凸202嚙合第一平板外表面102并取測(cè)力傳感器84檢測(cè)到的力與在與外表面102嚙合之后通過(guò)線性編碼器讀出頭410檢測(cè)到的隆凸202移動(dòng)的距離之比。在隨著工件點(diǎn)位壓縮試驗(yàn)操作已經(jīng)存儲(chǔ)由測(cè)力傳感器84產(chǎn)生的載荷數(shù)據(jù)之后，那個(gè)測(cè)力傳感器數(shù)據(jù)被除以彈簧常數(shù)以確定第一平板偏移數(shù)據(jù)DL。其后，用下列公式確定工件樣本的壓縮百分比{[MT-(P(t)-DL)]/MT}×100％其中MT＝工件樣本的初始厚度；P(t)等于采用上面的公式(A)所確定的滑架位置；和DL等于第一平板偏移數(shù)據(jù)。
采用測(cè)力傳感器數(shù)據(jù)除以如上所述的隆凸遠(yuǎn)端202a的外表面積確定“每單位工件點(diǎn)位面積上的載荷”。
實(shí)施例的數(shù)據(jù)材料最大厚度，MT(毫米) 6.912輥間輥縫，G(毫米)0.1嚙合距離，EM(毫米) 6.812輥徑，Di(毫米) 152.40纖網(wǎng)速度，VW(米/秒) 2.4890原位，Plim(毫米) 75.0前進(jìn)線性段的時(shí)間，Tfl(毫秒) 2.0回退線性段的時(shí)間，Tbl(毫秒) 2.0前進(jìn)過(guò)渡段的時(shí)間，Tft(毫秒) 3.1回退過(guò)渡段的時(shí)間，Tbt(毫秒) 3.1前進(jìn)過(guò)渡段的振動(dòng)，Kf(毫米/秒^3) 5.01E+07前進(jìn)回退段的振動(dòng)，Kb(毫米/秒^3) -5.01E+07重力加速度，g(毫米/秒2) 9814.56前進(jìn)加速段加速時(shí)間 加速距離 總時(shí)間壓頭位置壓頭速度 壓頭加速度 壓頭加速度(毫秒) (毫米) (毫秒) (毫米) (毫米/秒) (毫米/秒^2) (g)0.00 0.00 0.00 75.000 0.00 0 0.000.10 0.000 0.10 75.000 -2-24599 -2.516.96 -0.5966.96 74.404 -171 -24599 -2.5113.92 -2.38413.92 72.616 -342 -24599 -2.5120.88 -5.36420.88 69.636 -514 -24599 -2.5127.85 -9.53727.85 65.463 -685 -24599 -2.5134.81 -14.901 34.81 60.099 -856 -24599 -2.5141.77 -21.457 41.77 53.543 -1027 -24599 -2.5148.73 -29.206 48.73 45.794 -1199 -24599 -2.51
55.69 -38.146 55.69 36.854-1370 -24599 -2.5162.65 -48.279 62.65 26.721-1541 -24599 -2.5169.61 -59.603 69.61 15.397-1712 -24599 -2.51前進(jìn)線性段線性時(shí)間 加速距離總時(shí)間 壓頭位置 壓頭速度壓頭加速度 壓頭加速度(毫秒)(毫米) (毫秒) (毫米)(毫米/秒) (毫米/秒^2) (g)0.00 0.000 69.61 15.397-1712 -24599 -2.510.01 -0.017 69.62 15.379-1712 00.000.20 -0.342 69.81 15.054-1712 00.000.40 -0.685 70.01 14.712-1712 00.000.60 -1.027 70.21 14.369-1712 00.000.80 -1.370 70.41 14.027-1712 00.001.00 -1.712 70.61 13.684-1712 00.001.20 -2.055 70.81 13.342-1712 00.001.40 -2.397 71.01 12.999-1712 00.001.60 -2.740 71.21 12.657-1712 00.001.80 -3.082 71.41 12.314-1712 00.002.00 -3.425 71.61 11.972-1712 00.00前進(jìn)過(guò)渡段過(guò)渡時(shí)間 過(guò)渡距離總時(shí)間 壓頭位置 壓頭速度壓頭加速度 壓頭加速度(毫秒)(毫米) (毫秒) (毫米)(毫米/秒) (毫米/秒^2) (g)0.00 0.000 71.61 11.972-1712 00.000.31 -0.531 71.92 11.441-1688 155331.580.62 -1.060 72.23 10.912-1664 310673.170.93 -1.586 72.54 10.386-1640 466004.751.24 -2.107 72.85 9.864 -1616 621336.331.55 -2.623 73.16 9.349 -1592 776677.911.86 -3.131 73.47 8.840 -1568 932009.502.17 -3.631 73.78 8.341 -1544 108734 11.082.48 -4.119 74.09 7.852 -1520 124267 12.66
2.79 -4.59674.407.375 -1496 139800 14.243.10 -5.06074.716.912 -1472 155334 15.83嚙合段嚙合時(shí)間 嚙合距離 總時(shí)間 壓頭位置 壓頭速度 壓頭加速度 壓頭加速度(毫秒)(毫米)(毫秒) (毫米)(毫米/秒) (毫米/秒^2) (g)0 0.000 74.716.912 -1472 155334 15.830.92 -1.28675.635.626 -1328 156706 15.971.84 -2.44176.554.471 -1184 157937 16.092.76 -3.46177.473.451 -1038 159027 16.203.68 -4.34878.392.564 -892 159973 16.304.59 -5.09979.311.813 -744 160774 16.385.51 -5.71580.231.197 -596 161431 16.456.43 -6.19581.140.717 -448 161943 16.507.35 -6.53882.060.374 -299 162309 16.548.27 -6.74382.980.169 -149 162528 16.569.19 -6.81283.900.100 0 162602 16.57脫離段嚙合時(shí)間 嚙合距離 總時(shí)間 壓頭位置 壓頭速度 壓頭加速度 壓頭加速度(毫秒)(毫米)(毫秒) (毫米)(毫米/秒) (毫米/秒^2) (g)0.00 0.000 83.900.100 0 162602 16.570.92 0.069 84.820.169 149162528 16.561.84 0.274 85.740.374 299162309 16.542.76 0.617 86.660.717 448161943 16.503.68 1.097 87.581.197 596161431 16.454.59 1.713 88.491.813 744160774 16.385.51 2.464 89.412.564 892159973 16.306.43 3.351 90.333.451 1038 159027 16.207.35 4.371 91.254.471 1184 157937 16.098.27 5.526 92.175.626 1328 156706 15.979.19 6.812 93.096.912 1472 155334 15.83
回退過(guò)渡段過(guò)渡時(shí)間 過(guò)渡距離 總時(shí)間 壓頭位置 壓頭速度 壓頭加速度 壓頭加速度(毫秒)(毫米) (毫秒) (毫米)(毫米/秒) (毫米/秒^2) (g)0.00 0.000 93.09 6.912 1472 155334 15.830.31 0.463 93.40 7.375 1496 139800 14.240.62 0.940 93.71 7.852 1520 124267 12.660.93 1.429 94.02 8.341 1544 108734 11.081.24 1.928 94.33 8.840 1568 932009.501.55 2.437 94.64 9.349 1592 776677.911.86 2.952 94.95 9.864 1616 621336.332.17 3.474 95.26 10.3861640 466004.752.48 4.000 95.57 10.9121664 310673.172.79 4.529 95.88 11.4411688 155331.583.10 5.060 96.19 11.9721712 00.00回退線性段線性時(shí)間 加速距離 總時(shí)間 壓頭位置 壓頭速度 壓頭加速度 壓頭加速度(毫秒)(毫米) (毫秒) (毫米)(毫米/秒) (毫米/秒^2) (g)0.00 0.000 96.19 11.9721712 00.000.20 0.342 96.39 12.3141712 00.000.40 0.685 96.59 12.6571712 00.000.60 1.027 96.79 12.9991712 00.000.80 1.370 96.99 13.3421712 00.001.00 1.712 97.19 13.6841712 00.001.20 2.055 97.39 14.0271712 00.001.40 2.397 97.59 14.3691712 00.001.60 2.740 97.79 14.7121712 00.001.80 3.082 97.99 15.0541712 00.002.00 3.425 98.19 15.3971712 00.00回退加速段加速時(shí)間 加速距離 總時(shí)間壓頭位置 壓頭速度 壓頭加速度 壓頭加速度(毫秒)(毫米)(毫秒)(毫米)(毫米/秒) (毫米/秒^2) (g)0.00 0.000 98.19 15.397 1712 00.000.10 0.171 98.29 15.568 1710 -24599 -2.516.961 1.325 105.1526.721 1541 -24599 -2.5113.92 21.457112.1136.854 1370 -24599 -2.5120.88 30.398119.0745.794 1199 -24599 -2.5127.85 38.146126.0353.543 1027 -24599 -2.5134.81 44.703133.0060.099 856 -24599 -2.5141.77 50.067139.9665.463 685 -24599 -2.5148.73 54.239146.9269.636 514 -24599 -2.5155.69 57.219153.8872.616 342 -24599 -2.5162.65 59.007160.8474.404 171 -24599 -2.5169.61 59.603167.8075.000 0-24599 -2.51在發(fā)明詳述中引用的所有文獻(xiàn)的相關(guān)部分均引入本文以供參考；任何文獻(xiàn)的引用并不可理解為是對(duì)其作為本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)的認(rèn)可。
盡管說(shuō)明和描述了本發(fā)明的具體實(shí)施方案，但對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，在不背離本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍的情況下可作出許多其它的變化和修改。因此有意識(shí)地在附加的權(quán)利要求書中包括本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這些變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種模擬壓力機(jī)，所述壓力機(jī)包括固定機(jī)身；與所述機(jī)身相連，相對(duì)于所述機(jī)身運(yùn)動(dòng)的滑架；連接到所述固定機(jī)身上并適于嚙合包括至少一層的工件的第一平板；連接到所述滑架上與所述滑架一起運(yùn)動(dòng)的第二平板，所述第二平板也適于嚙合所述工件；連接到所述固定機(jī)身和所述滑架上的至少一個(gè)馬達(dá)裝置，其用于實(shí)現(xiàn)所述滑架相對(duì)于所述機(jī)身的運(yùn)動(dòng)；連接到所述至少一個(gè)馬達(dá)裝置上的驅(qū)動(dòng)控制器，其用于響應(yīng)來(lái)自至少一個(gè)反饋傳感器的反饋來(lái)控制所述至少一個(gè)馬達(dá)裝置的運(yùn)行，以使所述第二平板相對(duì)于所述第一平板運(yùn)動(dòng)，使得所述第一和第二平板嚙合所述工件上的至少一個(gè)點(diǎn)位以模擬在輥式加工中工件上點(diǎn)位的壓縮載荷。
2.如權(quán)利要求1所述的模擬壓力機(jī)，其中所述至少一個(gè)馬達(dá)裝置包括至少一個(gè)伺服線性馬達(dá)。
3.如權(quán)利要求2所述的模擬壓力機(jī)，其中所述至少一個(gè)馬達(dá)裝置還包括連接到所述驅(qū)動(dòng)控制器和所述至少一個(gè)伺服線性馬達(dá)上的至少一個(gè)放大器。
4.如權(quán)利要求1所述的模擬壓力機(jī)，其中所述滑架相對(duì)于所述固定機(jī)身往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。
5.如權(quán)利要求1所述的模擬壓力機(jī)，其中所述第一平板通過(guò)聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)連接到所述固定機(jī)身上，所述聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)包括用于檢測(cè)在由所述第一和第二平板嚙合所述工件期間產(chǎn)生的力的至少一個(gè)力傳感器，所述控制器響應(yīng)被所述至少一個(gè)力傳感器檢測(cè)到的力來(lái)增大由所述至少一個(gè)馬達(dá)裝置產(chǎn)生的力，所述至少一個(gè)力傳感器包括所述至少一個(gè)反饋傳感器。
6.如權(quán)利要求5所述的模擬壓力機(jī)，其中所述至少一個(gè)力傳感器包括至少一個(gè)測(cè)力傳感器。
7.如權(quán)利要求6所述的模擬壓力機(jī)，其中所述至少一個(gè)反饋傳感器還包括連接到所述固定機(jī)身上的線性編碼器讀出頭和連接到所述滑架上的傳感器帶，所述讀出頭從所述傳感器帶讀出位置值并產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)給所述控制器。
8.如權(quán)利要求7所述的模擬壓力機(jī)，其中預(yù)定的離散時(shí)間間隔和對(duì)應(yīng)的滑架位置被提供給所述控制器，并且所述控制器控制所述至少一個(gè)馬達(dá)裝置的運(yùn)行，以根據(jù)提供給所述控制器的所述滑架位置以及響應(yīng)由所述讀出頭和所述至少一個(gè)測(cè)力傳感器產(chǎn)生的所述信號(hào)來(lái)控制所述滑架的運(yùn)動(dòng)。
9.如權(quán)利要求8所述的模擬壓力機(jī)，其中所述滑架位置的至少一部分用以下公式來(lái)確定P(t)=G+Di·[1-cos[acos(1-EMDi)·(tT-1)]]]]>其中EM等于點(diǎn)位被所述第二平板上的隆凸和所述第一平板的外表面所壓縮的量；G等于所述壓縮材料的厚度；Di等于第一和第二輥的直徑；t等于加工時(shí)間并且值的范圍為0至(T1+T2)；和T＝T1＝T2等于所述工件點(diǎn)位被所述第二平板上的隆凸和所述第一平板的外表面嚙合的總時(shí)間的一半。
10.如權(quán)利要求6所述的模擬壓力機(jī)，其中所述固定機(jī)身包括外支承構(gòu)件；一對(duì)L型限制構(gòu)件，所述L型限制構(gòu)件與所述外支承構(gòu)件相連；彈簧加載板；和與所述外支承構(gòu)件和所述彈簧構(gòu)件相連的至少一個(gè)調(diào)節(jié)構(gòu)件，其用于調(diào)節(jié)所述彈簧加載板的位置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種壓力機(jī)，其包括一個(gè)固定機(jī)身、一個(gè)與機(jī)身相連相對(duì)于機(jī)身運(yùn)動(dòng)的滑架、一個(gè)連接到固定機(jī)身上并適于嚙合一個(gè)工件的第一平板和一個(gè)連接到滑架上與滑架一起運(yùn)動(dòng)的第二平板。第二平板也適合于嚙合該工件。一個(gè)或多個(gè)馬達(dá)裝置連接到固定機(jī)身和滑架上，用于實(shí)現(xiàn)滑架相對(duì)于機(jī)身的運(yùn)動(dòng)。一個(gè)驅(qū)動(dòng)控制器被連接到馬達(dá)裝置上，用于響應(yīng)來(lái)自一個(gè)或多個(gè)反饋傳感器的反饋控制馬達(dá)裝置的運(yùn)行，以使第二平板相對(duì)于第一平板移動(dòng)，使得第一和第二平板嚙合工件上至少一個(gè)點(diǎn)位來(lái)模擬在輥式加工中工件上點(diǎn)位的壓縮載荷。
文檔編號(hào)B30B15/06GK1714319SQ200380103990
公開(kāi)日2005年12月28日 申請(qǐng)日期2003年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月27日
發(fā)明者巴里·J·安德森, 邁克爾·J·蘭平, 尤金·P·道特 申請(qǐng)人:寶潔公司