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AHTE 2017压电测量技术 |
工业制造商取得商业成功的关键因素
2017年5月18日 8:57 来源:上海恒进展览有限公司

 

  随着工业制造行业全球竞争的白热化,对产品质量和精度的要求也越来越高。那么,优化和监控整条生产线最高效、最具成本效益的方式是什么?对于许多生产商而言,解决方案无疑是集成动态过程监控 - 特别是在其中应用压电传感器。

  在目前的众多工业应用中,工业4.0的愿景已成为卓有成效的现实——比如,汽车制造、医疗技术和电气工程等领域。由于数字化水平不断提升以及机械和系统网络的发展,目前,生产过程各环节有可能实现前所未有的优化。任何现代制造企业要在未来市场中维持竞争力,关键在于能否对生产线进行持续一致的监控,以实现零缺陷生产为目标。

  仅在数年前,几乎所有产品的检验都是在线下,即生产过程结束之后进行的。而目前,越来越多的产品实际上在生产过程中就已处于监控之下(即,线上监控),从而避免了许多不必要的成本。对于连接、组装及测试而言,在以零缺陷生产为目标,优化生产过程时,基于压电原理的传感器技术是关键因素。传感器技术非常适宜测量力、压力、加速度及扭矩等物理变量。

压电传感器:基本原理
  使用压电传感器的物理原理是“压电效应”。这一效应是Pierre和Jacques Curie两兄弟于1880年发现的。压电材料在受到机械荷载(来自希腊语“pie-zein”,意为挤压或压力)时会产生电荷。1950年,Walter P. Kistler获得了压电信号电荷放大器专利,这是实现压电效应应用的关键进展。

  石英晶体的压电效应可以提供价值极高的应用:对适当处理过的石英施加机械荷载,可产生与作用力直接成正比的电荷信号。因此,与其他技术不同的是,利用压电效应捕获被测值,并不会受到形变与位移影响。在这种情况下,石英元件的尺寸唯一决定的是被测值的最大幅值。因此,大型传感器产生的信号与相同结构的小型传感器产生的信号并无区别。我们通过下游放大器来设置所需测量范围,并可在几十年内仅使用一个传感器来进行精确测量,而无需改变机械结构。

        


图1:石英晶体的压电效应可以提供价值极高的应用:对石英施加机械荷载,可产生与作用力直接成正比的电荷信号。

  奇石乐也提供ICP®输出型的压电力传感器:在这种传感器内,原始信号已转换为5伏特或10伏特的输出电压。

  由于晶体刚度极高,其测量挠度较低——通常在几千牛顿/微米以内,令测量系统具备较高的自振频率,特别是对于高度动态过程而言,这是一项关键指标。另一个重要因素是,石英和晶体不会显示出零点偏移或线性度变化等疲劳或长期影响。在某些情况下,压电传感器的使用可能会受到因物理原因产生的漂移电荷的限制。虽然取决于被测值的范围以及测量技术的设计,在几分钟或几小时内的期间内,进行准静态测量仍是可能的。

  奇石乐在1950年代研发的石英传感器技术,可用于直接或间接测量动态力。直接测力时,传感器完全安装在力流中(1),测量全部力。该方法测量精度很高,几乎不依赖力的作用点。如果传感器不能直接安装在力流中,则其只能测量部分力(3);其余的力则通过其安装的结构(分流器)进行测量。间接测力时,可用应变传感器测量间接通过结构应变的过程力(2)。

        

图2: 根据安装条件,各类不同的传感器可提供最优生产监控:1.直接测力(全部的过程力均通过传感器)。2.间接测力(小部分过程力通过传感器)。3.分流测力(通过C型框架式压机的挠度间接测力)。

在研究和工业中的应用
  除了一般的经济考量外,目前,安装条件的重要性也越来越高。选择力传感器时,尺寸通常是关键因素。石英传感器非常稳定、耐用、紧凑;经常安装在其他技术无法使用的测量点。该等属性说明了石英传感器在研究和开发领域广泛使用,并在生产线和工业测试技术领域日益受到青睐的原因。

  试举一例,在汽车零部件的老化和负载调查时,需应用具有长期稳定性的动态力测量——比如,针对锁、门、发动机护罩、行李舱盖、阀座与弹簧等装置的压力、张力、碰撞及耐久性测试。在这一方面,石英力传感器相较其他传感器具有独特优势。由于石英不会老化,因此大多情况下,可以将校准限于DIN EN ISO 9001:2015等质量保证系统中规定的寿命周期,从而节省了整体的测量时间和费用。对于特定应用,由于石英力传感器的寿命周期成本较低,其可以提供多项技术优势,并有利于降低主要成本。

  压电力传感器用于动态力测量(例如,钣金零件的冲切过程);此外,也用于发动机机体轴承压合等准静态过程。在该等情况下,过程力可被安全激活:在出现力峰值时,常规测量系统可能遭受永久损害,但该项测试技术却不会受到影响。

  奇石乐的系统可为注塑成型过程的分析和记录提供最佳质量保证解决方案。模腔压力是最具说明性的过程变量,因为在实际创建模制件时,它可以立即说明相关情况。因此,传感器和系统可根据模腔压力,在尽可能早的阶段检测出模制件的质量是否合格。

        

图3:maXYmos XY监控器可根据型线监控、评估产品或生产环节的质量。在评估对象(EO)的帮助下,用户将曲线评估进行调整,使之适于特定监控任务。

过程集成质量保证系统解决方案
  通过过程集成,可在适当的监控系统中显示、评估并记录数据,从而实际应用高灵敏度压电传感器捕捉的数据。该等测量系统集成进制造序列后,就有可能对产品缺陷进行及早检测——从而降低因缺陷部件导致的潜在财务损失风险。

  在组装技术方面,奇石乐的maXYmos系统能可靠地监控生产过程,用户能够借此优化生产过程,趋向于以最低成本实现零缺陷生产的目标。该系统以非凡的灵活性和用户友好型操作界面为显著特征,不仅可用于自动化连接过程和压合过程,而且还能用于手工执行的压制过程等人工操作中。除了用于生产和组装之外,奇石乐传感器和XY监控器也用于最终产品的性能验证。由于奇石乐XY监控器无与伦比的多功能性,因此,在质量保证日益成为首要考量因素的所有工业部门,XY监控器可达到这些部门制定的质量要求。

        

图4:小型力传感器设计紧凑,节省空间,可优化集成到机械设计之中。

专注于提升成本效益
  奇石乐的压电传感器及相关的监控系统正在欧洲、美国和亚洲得到应用——事实上,已在全球范围得到全面应用。基于压电原理的传感器技术显著提升了企业生产线的过程可靠性,并能够持续不断地提高企业——推动企业以最大化的过程效率实现零缺陷生产。从企业角度而言,该类高精度技术最大的用处在于:为企业在全球激烈竞争的市场领域取得商业成功奠定稳固基础。

部分内容来源:齐石乐官方微信公众号

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奇石乐中国有限公司
AHTE 2017 展位号:E6-J01,期待您的莅临。


关于奇石乐集团
  奇石乐是压电测量技术的创始者,并在压力、力、扭矩和加速度等动态测量技术领域处于行业领先地位。奇石乐的尖端技术为模块化系统和奇石乐的服务业务奠定了基础。
  奇石乐作为经验丰富的开发合作伙伴,帮助客户在工业、研发等领域优化产品和流程,持续保持竞争优势。这家瑞士家族企业以其创新的传感器技术推动了汽车开发和工业自动化以及众多新兴行业的发展。奇石乐广泛的应用技术与经验和绝对严格的质量意识助推轻量化制造、汽车安全、减排和工业 4.0 等方面的创新。
分布于全球58个城市和地区的超过1600名员工致力于创新测量方案的开发,并提供面向应用的本地化和个性化支持。自 1959 年成立以来,奇石乐集团与客户共同发展,并于2016年取得了3.64 亿美金的销售额。每年约 10% 的收入回馈创新和研发 – 以便为客户提供更好的产品和服务。

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关于上海国际工业装配与传输技术展览会(AHTE)
  作为亚洲地区装配,传输,自动化,机器人及智能制造领域的国际盛会,自2006年创办以来, 展会的规模,展品范围不断扩大,专业观众成倍增加,极大地推动了国内汽车、电子、食品、家电、新能源、包装、通讯、电力、制药、医疗、机械、日化、陶瓷、压铸及铸造、玻璃、文具、制砖、电梯、烟草、光伏等行业自动化升级改造,促进最新产品,技术和理念在制造业更多地应用。2016年展会共有382家国内外展商及55,147位(其中非汽车行业26,360位)专业观众参与,展示面积达40,000平方米!下届展会将于9月5-8日在上海新国际博览中心E5-E7馆举办。展会官网:www.shanghaiahte.com

同期展会:上海国际汽车制造技术与装备及材料展览会(AMTS)
  AMTS作为亚洲最大的汽车材料与设计、工艺与装备、质量与装配、工程与服务技术行业盛会,上海国际汽车制造技术及装备与材料展览会(AMTS)自2004 年创办以来,以国际化的视角呈现汽车工程领域全方位的系统集成解决方案。10多年来,展会的规模、展示范围以及专业观众快速增长,极大地推动了国际汽车制造装备技术交流及贸易的发展!2016年展会共有547家国内外展商及55,147名专业观众参与,展示面积达70,000平方米!下届展会将于2017年9月5-8日在上海新国际博览中心E1-E7馆举办,展会官网:www.shanghaiamts.com


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本期导读 (2017-04) 更多>>

·P 1 对三点法测量圆柱度误差的研究与优化…张远平
·P 3 回抽式搅拌摩擦焊动静压电主轴的结构设计及分析…李占君 梁兴 赵亚东
·P 6 基于精益六西格玛的产品生产改善研究…颜静 朱伏平
·P 9 电压对电喷印影响的数值模拟及实验研究…崔歆 杨建军
·P 12 立式制动盘专用机床立柱多目标优化…王占礼 段元成 胡艳娟
·P 15 基于人机工程学的双工位压蜡机的分析与设计…倪洪启 李云梦 王树强 等
·P 18 基于ADAMS和MATLAB的翻转机构联合仿真研究…孙伟 王方成 张东生
·P 22 柔性过驳装置控制系统设计…王贤成 姜楚华 陈俊华 等
·P 25 升降式立体车库提升机构的设计…王笑竹 张健
·P 27 锆合金表面氮化与离子镀复合处理及性能研究…周军 樊湘芳 丰振东 等
·P 30 基于VDI循环下叉车货叉架疲劳优化及试验验证…孟令利
·P 32 液压支架前梁结构的优化设计…王淑娴 庞新宇
·P 34 三自由度机械臂运动学求解、仿真…刘梦军 来跃深 贺倩倩 等
·P 36 复杂曲面软性磨粒流抛光可行性研究…刘薇娜 孙冉 张雪瑶 等
·P 39 基于射频识别和超声波技术的机器人路径规划算法研究…王丽明 张海燕 徐卓飞 等
·P 42 一种新型熟化-堆浸矿仓卸料装置…许晓山 雷泽勇 雷林 等
·P 45 超声相控阵技术在大厚度铝锻件无损检测中的应用…徐双钱
·P 47 Ni-P基化学复合镀层的研究进展…王期超 黄燕滨
·P 50 脉动式无级变速器的发展现状及展望…王鹏 宋仲康 景琦 等
·P 53 差速器齿轮锻造成形工艺优化研究…范孝玉 冯可 李泽坤 等
·P 56 自动化纳米磁性液体教学演示平台的研制…邢毓鑫 赵益民 董桂馥
·P 59 基于GPC-PID算法的汽车电子节气门控制系统设计…沈刘晶 仇成群
·P 61 磁盘夹具之专用夹具研究与设计…王建兵
·P 62 轨道式井下液控选层开关工艺及配套工具研究…方忻
·P 64 基于Geomagic DesignX的门把手反求设计与加工…赖啸 郭晟
·P 67 一种提高凸轮类零件的加工效率的方法…黄虹旗
·P 69 SiC浓度对游离磨料线锯切割性能的影响…黄碧君
·P 71 某型燃机燃烧室NOx生成研究…孙中伟
·P 73 钻井绞车齿式挂合机构“挂挡难”的原因分析及对策…蒋合艳 黄治湖 李洪波 等
·P 76 装卸料机抓具设计研究…黄尚青
·P 79 LEBUS绳槽加工用机床的数控改造方案…孙义婷
·P 81 TAC的形式作用及与零件检具的差异…丁焕强
·P 84 核电常规岛主给水泵抗震分析…胡永海 张澄东 杨云
·P 86 螺旋焊孔网钢带复合热力管强度的温度效应分析…王蕾 黄学伟
·P 90 燃机叶轮间摩擦力及过盈量的计算…王宏娟
·P 91 YJ216型接装机掉头轮传动原理分析…潘恒乐
·P 93 交叉滚子轴承在立式车床上的装配要点及要求…赵欣 程占国
·P 94 有限元简化思想在牵引杆产品上的应用…赵双阳 刘文松 杜方孟 等
·P 97 加热炉清灰装置喷枪枪头的改进…杨再忠
·P 98 机械式平地机变速箱电控微动控制方法的研究与应用…周风华
·P 100 基于有限元法的采煤机齿轮改进分析…张志军
·P 102 基于AYSYS的移动模架的结构优化及应用…肖浩 林利芬
·P 104 一种航空电子设备的抗炮振加固设计…吴伟
·P 106 轻型卧式木工带锯机的设计…王永利 郝胜强 刘永跃
·P 109 基于滚动摩擦分析的精馏塔进箱作业方案设计…杨朝晖 孙树惠 梅应虎
·P 111 基于TRIZ创新理论解决一类含出气蚌壳的排气歧管生产效率低的问题…田江河 乔新剑 杨俊岭 等
·P 113 基于PLC控制的铣镗集成式设备…薛忠纯
·P 114 粮库专用电源电缆车…史琦
·P 116 一种便携式架空配电线路带电剪接火自动装置的设计…凌松 吴少雷 冯玉
·P 118 液压钢板矫直机设计与制造…王琛
·P 120 离子渗氮技术在汽轮机组阀杆类零件中的应用…李肖霞
·P 121 某型机约束装置中撬杠的优化设计方法…侯海军 彭冲 吴晓萍
·P 123 碳素钢冶炼还原渣脱氧性能研究…朴永伟 刘长雁
·P 124 两种结构形式起升机构配件设计选型…何高兴
·P 126 一种汽车内饰储物盒锁扣的结构应用研究…陈健 霍长宏
·P 128 网状结构天线反射面风荷载分析研究…刘鹏
·P 130 QT700悬挂式喂线球化处理方案设计…张晓饶
·P 131 油压机产品缸体加工…刘泉
·P 133 关于几何非接触式测量精度的研究…高鈺 詹高伟 韦庆玥 等
·P 136 石墨薄膜对金属铝散热结构的作用影响分析…董进喜 赵航 周尧
·P 138 双螺杆泵在顺丁橡胶装置中的应用…周冬明
·P 139 高压水射流技术在海管维修中的应用…陈嬴豪 崔宁 邱辉武 等
·P 142 一种一拖多开窗执行机构…吴德雁
·P 143 松散回潮筒进料面板平面度质量研究…万鹏 李德虎 张卓沅
·P 145 中低压管路焊接工艺的探讨…刘申强
·P 147 成型磨齿渐开线起始圆直径计算…李瑞春 郭满忠 高晓光
·P 148 基于通止规原理的电子产品安装孔量具设计…王东
·P 150 卷接机组移位双倍长滤嘴段的剔除装置…赖晖
·P 152 一体化连续管作业机在萨北油田的应用…吴大飞 王姝彧 全奎林 等
·P 154 D12K型凹底平车空气制动系统的设计…潘维超 张印明 李雅静 等
·P 156 一种带收尾卷功能的钢卷车液压控制回路…郑凯
·P 157 某无人机起落架液压减摆器漏油故障分析改进研究…李田囡 张成亮 马驰
·P 159 静压丝杠螺母油腔的加工方法…冀建平
·P 160 在数控车床上调用子程序加工梯形螺纹…徐斌锋
·P 161 一种数控车削加工测量的新方法…范明明
·P 163 一种铝制空腔轮状零件的加工方法…贾统

下期预告 (2017-05) 更多>>

·P 1 基于线结构光的双目视觉目标位姿测量研究…贺勇标 杨天龙 鲁国峰 等
·P 3 基于不同成型工艺的几种高强度螺栓疲劳性能的研究…张利国 程岩松 王巍
·P 7 基于TRIZ理论的凝结水回收水箱改进设计…赵潇
·P 10 具有悬持和推扶功能的自动井架工钳头装置研制…李伦 闫文辉 邢广亮 等
·P 12 基于CANopen协议的数字量I/O模块实现…裴世聪 丁建业 洪占勇 等
·P 14 基于PLC的钢瓶物流输送线改造…姜雪 谭文涛 王太征 等
·P 16 某新型可变形登陆艇阻力估算与方法研究…王毅 胡晓强
·P 18 小型雨伞脱水机…陈晨 卢学玉 张亚轩 等
·P 20 气流纺纱机卷绕机构加压装置参数优化…闫思江 韩晓玲 李凡国
·P 22 金属板料渐进成形中大成形角制件厚度优化关键技术研究…许金亮 吴梦陵 孔凡新 等
·P 25 磨粒流研抛不锈钢弯头内壁流场仿真分析…冯志博 张宝庆
·P 28 大型渔船燃油舱惰性气体发生装置设计…史丽娜 魏海滨 朱发新 等
·P 31 新型不倒翁式海上灯浮标…徐跃 付宗国 于宏斌
·P 34 风潮流作用下单锚双体船艏向控制研究…张荣文 薛开 周晗 等
·P 37 电工实训用电线矫直回用装置的设计…曹响 唐昌松 李建松 等
·P 38 工艺因素对Al-Fe合金中相形成的影响…杨玉松 刘波
·P 42 具有互锁功能的气控液型伸缩臂式铁钻工的研制…李洪波 张立佳 刘建 等
·P 44 HSM-2 特殊螺纹油套管及现场下井推荐操作…张垂贵 雷泽勇
·P 47 一种基于液压节流原理控速的高层逃生缓降装置设计…邱振宇 曲相燕 牟晓蕾
·P 50 一种仿生机器鳄的研制与性能测试…李子圆 吴原润 鲍健 等
·P 54 镁合金微弧氧化陶瓷涂层的研究进展…周星星 徐方彬 陈宁宇 等
·P 56 国内金属切割工艺的应用现状及发展分析…杨柯权 付宗国 于宏斌
·P 59 基于物联网环境的工业工程实验系统研究…向峰 周敏 蒋国璋 等
·P 61 导轨杆弯曲整形校直机设计…赵云
·P 63 Creo中典型扇叶建模的几种方法…阎汉生 肖正涛 林泽泳 等
·P 65 一种燃机喷嘴的数值模拟…孙中伟
·P 67 基于UG NX的复杂盘形凸轮设计…刘倩婧 成义森
·P 69 基于阿克曼理论的转向梯形设计分析…徐立平
·P 71 基于3D打印技术的机械教学模型制作研究…谢冬冬 张磊刚
·P 73 机车牵引装置三角架强度及稳定性分析…姚皓杰 岳艳虹
·P 75 T12×3.9mm厚壁管水浸超声波无损检测方法研究…徐双钱
·P 77 基于CAXA的渐开线圆柱齿轮传动设计的研究…钱红
·P 81 基于有限元分析的离合器从总成面压特性的研究…张峰
·P 83 基于Pro/E软件设计中不规则表面上阵列的研究…祝平蕾
·P 86 ZB45包装机一体式商标纸切割装置…张明强 代小军
·P 88 一种新型交叉带分拣机的研究与分析…史科科 韩天文
·P 90 液压系统在五轴机床上的应用研究…仲辉 张传思
·P 92 对流-辐射炉的应用与分析…贾厚林 刘荣福 张校瑜 等
·P 94 基于IE的双作用离合器柔性装配线优化设计…余华峰 江强强 张祖辉
·P 99 复合材料机翼翼根处连接研究…赵艳秦 魏士礼
·P 102 应变硬化指数与屈服强度和抗拉强度关系的研究…郑学斌 尚鹏举
·P 106 某型燃气轮机压气机至透平前径向内抽气流动特性研究…葛春醒
·P 108 南海某油田FPSO限位分析和应用…邬智慧 汤炳然 马国强 等
·P 111 新型商品包装裁剪装置的设计…王强 唐昌松 程琴 等
·P 112 直接驱动技术在数控机床中的应用…张传思 仲辉
·P 114 150MW循环流化床锅炉风帽阻力特性的试验…吴慧婷 王啸飞 赵利敏
·P 116 循环流化床锅炉耐磨耐火材料升级改造…张向荣
·P 118 凸轮机构在QFP自动冲切成型系统中的应用…郑翔
·P 120 城轨车辆底架运输车轮组有限元分析…陈家鑫 刘博 段智深 等
·P 122 叶片称重排序装置的技术改进研究与应用…江鹏远
·P 123 机床传动机构中轴承座的安装与调试…王志国 仲辉
·P 125 一种燃烧室薄壁件挤压成型模具…王宏娟 季东军
·P 126 柱塞泵机架组合工艺研究…王海峰 刘宏亮 徐斌荣 等
·P 128 CF18型抽油机加强圈焊缝开裂分析…王宝阳 范世平 李乙朝
·P 130 特种加工对机械加工工艺的突破及变革…李文博
·P 132 SPC应用于铝合金真空钎焊…杨林
·P 134 下盖类薄壁零件加工过程变形控制技术…刘国航 牛雪平 李晓萍
·P 135 YB95包装机条烟推送装置的改进…黄城宝 刘长胜
·P 139 调谐质量减振器在人行桥人致振动控制中的应用…卢泽杰 权秀敏
·P 140 DCT变速器壳体有限元分析与实测对比验证…余春祥 彭帮亮 陈伟 等
·P 144 提升机减震机构改进研究与应用…张国艳
·P 145 活塞环加工过程中的热定型和氮化方法…李肖霞 王念运
·P 147 基于MasterCAM软件的薄壁零件加工工艺研究…李清江
·P 150 基于ANSYS Workbench的薄壁件加工工艺优化…王晓健
·P 152 160 km/h转向架构架制造工艺研究…曲丛辉 文林涛
·P 154 某收放作动筒安全活门开启故障排除及预防…宋燕 罗愿欣 耿爱红
·P 157 新M3000玻璃升降器故障问题研究…朱博
·P 161 红岩汽车后桥主减壳某工序夹具设计…周成业
·P 163 一种大口径铜套安装工具…史卫波 周莹 安浩 等
·P 164 随行工装在汽车壳体零件自动线中的应用…李伟锋 王媛媛

 
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