注塑机锁模力感知仪的硬件设计

陈豪鑫

摘要:相关工作人员为了能够对注塑机的锁模力进行检测，以注塑机拉杆应力检测为基础，研发出注塑机锁模力感知仪，在实际检测的过程中，将应变片放置在注塑机的拉杆上，在应变片的作用下可以对注塑机拉杆发生的形变进行感知，明确其形变特点，同时利用应变片电桥来全面的检测拉杆的应力情况，进而了解注塑机的锁模力。电桥信号在信号调理模块的作用下，传输到采样端，之后得到相应的采样结果，采样结果直接表示拉杆应力，按照电压量的方式将其传输到注塑机的主控系统中，利用WiFi将注塑机的锁模力传输到相应的服务器中。最终发现，利用折线计算出来的注塑机锁模力与实际的锁模力之间并没有太大的误差，误差最大值大约为－67．182kN，由此发现，在对注塑机锁模力进行检测的过程中应用锁模力感知仪是十分有效的，锁模力感知仪的性能及其应用效果都可以满足检测工作的要求，能够相对准确的检测出注塑机的锁模力，提高检测效率。

关键词:锁模力；拉杆；注塑机；检测工作

1注塑机锁模力检测过程中常用的方法

注塑机应用的过程中，为了避免最终制品出现飞边的问题，保证注塑工作的效率，提高注塑制品的质量，就应当对模具之间的距离进行把控，使模具与模具之间相互接触，而为了促使模具之间相互接触，就需要结合实际对其施加一定的力，一般情况下，将这种力称作为锁模力。注塑机的性能及其锁模力的大小会对注塑制品的质量产生非常大的影响，对此，相关工作人员必须要加强对注塑机锁模力的把控，并对其进行准确的检测。锁模机构是产生锁模力的重要部分，在拉杆上能够形成相应的反作用力，反作用力与锁模力大小一致。在对注塑机锁模力进行检测的过程中，相关人员可以直接对拉杆受力情况进行测量，以此便可以得到锁模力。

在对注塑机的锁模力进行检测的过程中，相关工作人员可以采取以下几种检测方法：

第一，采用钢带类型或是铁箍类型的锁模力传感器对注塑机的锁模力进行检测。在安装的过程中，相关工作人员可以直接采用钢带或者是铁箍，安装操作比较简单，成本也比较低，工作人员也无需再对注塑机进行加工处理，同时也无需对固定机构进行安装，且具有极强的通用性，目前这种检测方法在注塑机锁模力检测工作中的应用频率较高。

第二，采用杆式传感器对注塑机锁模力进行检测。结合实际设计并制作相应相应的机械结构，可以将传感器安设在拉杆中、模板表面等多个部位。但是这种方法存在缺点，传感器安装比较复杂，对于安装工艺有着较高的要求，且其通用性相对来说比较差，在实施的过程中会对注塑机设备造成一定的影响，同时还需要对传感器进行定制，在检测工作中的应用相对来说比较少。

第三，采用磁附式传感器来检测注塑机的锁模力。对传感器的固定形式进行合理改进，将磁固定结构、检测结构等安装在探头处，对拉杆受力情况进行检测，进而明确注塑机的额锁模力。这种类型的传感器成本比较高，且体积、尺寸比较大，在移动式检测过程中比较适用。

第四，将超声波传感器应用于锁模力检测中，借助超声波的特点对注塑机拉杆处的应力情况进行检测，得出拉杆受力大小，进而得出注塑机锁模力。在检测的过程中，需采用超声直探头，成本比较高，且在生产过程中存在生产环境较为复杂、干扰因素较多等问题，会对超声波检测的准确性造成很大的影响，导致锁模力检测结果不准确。

相关工作人员对目前所用的锁模力检测仪进行研究、分析，研发出以应变片为基础的，可对注塑机锁模力进行检测的仪器——注塑机锁模力感知仪。在实际检测时，能够对注塑机拉杆实际应力进行全面检测，进而掌握注塑机的锁模力，之后通过电压量的方式，将锁模力传递给相应的控制系统，并在WiFi模块的作用下，将其传递到最终的服务器中。

1拉杆应力检测的原理以及电路的设计情况

1．1电阻式应变片传感器检测的主要原理

电阻式应变片传感器在目前的注塑机锁模力检测工作中的应用比较广泛，这种传感器的组成部分主要有电阻丝应变片、橡胶等等。应变片的类型主要有两种，其一为有丝式应变片，其二为箔式应变片。在安装过程中，相关工作人员需要采用铁箍或是其他材料把传感器固定在注塑机设备的拉杆上，在注塑机合模过程中，拉杆会在动模压力的作用下，形成机械形变，这时应变片也会产生形变。电阻式应变片传感器在应用时，应变片实际阻值会在拉杆形变的作用下出现变化，这时，只需要对应变片的变化情况进行计算，就能够明确拉杆的受力情况。应变片全桥电路情况为图1所示。

图1应变片全桥电路

如果利用全桥电路对四个拉杆的应力情况进行测量，那么在测量的过程中需使用的电阻式应变片传感器是比较多的，为了提高测量效率，减少测量工作的成本，减少安装工作、调试工作的工作强度与难度，在各个拉杆上都按照两个传感器，以此测量拉杆的形变情况。

1．2注塑机锁模力感知仪的硬件框架详细图

注塑机锁模力感知仪的组成部分较多，主要包括对臂半桥、传感器阵列等等，该检测设备的硬件框架图为图2所示。

图２注塑机锁模力感知仪的硬件框架详细图

1．3设计对臂电桥以及放大电路

对对臂电桥以及放大电路进行合理设计，最终设计情况为图3所示。

图3对臂电桥以及放大电路的设计图

在传感器安装结束后，开展测试工作，在测试的过程中将注塑机的锁模力设置为2870kN，这时，相关工作人员发现，应变片传感器的阻值发生了变化，通过分析明确了应变片电阻和采集端电压之间存在的关系，关系图为图4所示。

图4应变片电阻和采集端电压之间的关系图

对上图进行全面分析可以发现，图4中的所有曲线之间存在线性关系，在放大倍率持续增加下，曲线得变化幅度会明显加大。

2对电源模块进行设计

在注塑机锁模力感知仪运行时，PLC系统会向其提供直流电源，同时锁存器等同样需要由该系统进行供电，对电源模块进行设计，设计图为图5所示。

图5电源模块

3输出电路的设计

3．1将锁模力按照电压量的形式输出

采集端需要对输出电压进行采集，并按照电压量将其输出，锁存器为主要的输出通道，在实际输出的过程中，需采用放大器对电压值进行放大处理，最终将其输出，对输出电路进行设计，得出图6所示的设计图。

图6输出电路图

3．2借助WiFi将锁模力传输给服务器

利用微控制器对电压数据进行转化处理，使其变成锁模力，之后将实际数据信息传输到服务器中，详细电路图为图7。

图7电路图

3.3对实际锁模力与测量所得锁模力进行对比与验证

对折线拟合法所测得的锁模力与注塑机实际的锁模力进行验证与对比，得出表1所示的关系表。

表1实际锁模力与测得的锁模力之间的关系表

实际锁模力／kN	采样电压／V	测量锁模力／kN	误差／kN	相对误差／％
2855	2．64	2819．944	－52．067	－1．822
2672	2．51	2559．371	－64．661	－2．459
2211	2．13	2120．822	－67．182	－3．073
1756	1．74	1709．251	－37．761	－2．164
1457	1．45	1430．391	－20．618	－1．423
1211	1．23	1179．171	－14．834	－1．244
851	0．91	834．041	－11．959	－1．421
698	0．73	695．080	－1．918	－0．280
560	0．62	563．811	4．821	0．860
397	0．43	387．782	－8．231	－2．081
164	0．19	156．093	－5．911	－3．650

采用折线拟合法所测得的锁模力与注塑机实际的锁模力之间的误差较小，误差最大值为－67．182kN，在允许的误差范围内，能够满足注塑生产作业的要求。

3结论

根据注塑机锁模力检测的要求，研发出注塑机锁模力感知仪，对其在锁模力检测工作中的应用进行研究与分析，发现检测出的锁模力与注塑机实际锁模力之间的误差比较小，误差最大值在－67．182kN左右，能够达到注塑生产作业的要求。

参考文献

[1]焦志伟，谢鹏程，严志云，等．全液压内循环二板式注塑机性能特点及锁模精度研究[J]．塑料，2009，38(6)：112－114，52．