磁致伸縮式直線位移傳感器在卷板機(jī)中的應(yīng)用
一、卷板機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展
隨著各項(xiàng)技術(shù)的創(chuàng)新和對被加工部件越來越高的要求，促使各類機(jī)床在近幾年加速蓬勃發(fā)展。卷板機(jī)
（Rolling Machine）是對板材行連續(xù)點(diǎn)彎曲的塑形機(jī)床，具有卷制O型、U型、多段R等不同形狀板材的
功能。卷板機(jī)作為塑形機(jī)床的一種，用于加工圓筒或錐筒等金屬板材制品。加工成品的精度和質(zhì)量直接
影響成品價(jià)值的定位。這也就促使卷板機(jī)需要優(yōu)化其性能，以便能適應(yīng)更高端的客戶。其對于卷板厚度
的精度控制是由上輥的壓下距離來決定。那么，如何選擇一 種高精度的線性位移傳感器，并可在惡劣的
環(huán)境下穩(wěn)定工作成為了關(guān)鍵。
二、應(yīng)用于惡劣環(huán)境中的高精度測量-BALLUFF磁致伸縮式直線位移傳感器
Balluff磁致伸縮直線位移傳感器是基于磁致伸縮原理，通過外部感應(yīng)磁塊作為激勵(lì)元件的一種非接觸線
性測量檢測方式。
主要由電路部分、波導(dǎo)管、阻尼吸收裝置和外部激勵(lì)磁塊構(gòu)成，測量元件-波導(dǎo)管由特殊的鎳鐵合金制成
，導(dǎo)管內(nèi)設(shè)有銅導(dǎo)線，瞬 間電流脈沖觸發(fā)測量流程，此電流產(chǎn)生圓周形磁場，由于波導(dǎo)管具有軟磁特性
，圓周形磁環(huán)被束縛在波導(dǎo)管周圍。位于測量位置的永磁體被用作標(biāo)記元件，其磁場方 向與脈沖電流的
磁場成直角走向。波導(dǎo)管上兩磁場相遇處，由于磁致伸縮效應(yīng)，在微結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)發(fā)生彈性形變，由此產(chǎn)
生一個(gè)向兩側(cè)擴(kuò)散的機(jī)械波。到達(dá)波導(dǎo)管管末 端的波將被那里的阻尼吸收器吸收，而傳到信號轉(zhuǎn)換器的
波則由于磁致伸縮效應(yīng)的反向效應(yīng)而產(chǎn)生一個(gè)電信號。波由形成地點(diǎn)到達(dá)信號轉(zhuǎn)換器的傳輸時(shí)間，與永
磁鐵 和信號轉(zhuǎn)換器之間的距離成正比，通過測量時(shí)間，可以精確地測量這個(gè)距離。
巴魯夫位移傳感器具有無滑動觸點(diǎn)，工作時(shí)不受灰塵等非金屬因素的影響，并且低功耗，長壽命，可使
用在各種惡劣條件下。無接觸，因而無磨損的工作方式有助于節(jié)省高昂的維修費(fèi)用，并避免故障停機(jī)帶
來的麻煩。位移傳感器主要應(yīng)用在自動化裝備生產(chǎn)線對模擬量的智能控制。位移是和物體的位置在運(yùn)動
過程中的移動有關(guān)的量，位移的測量方 式所涉及的范圍是相當(dāng)廣泛的。小位移通常用應(yīng)變式、電感式、
差動變壓器式、渦流式、霍爾傳感器來檢測，大的位移常用感應(yīng)同步器、光柵、容柵、磁柵等傳感技 術(shù)
來測量。其中光柵傳感器因具有易實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、精度高（目前分辨率最高的可達(dá)到納米級）、抗干擾能
力強(qiáng)、沒有人為讀數(shù)誤差、安裝方便、使用可靠等優(yōu)點(diǎn)，良好的抗沖擊性和抗震性使其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)
用迅速擴(kuò)展到重機(jī)械和系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，在機(jī)床加工、檢測儀表等行業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用。
對于其測量性能而言，采用磁致伸縮原理作為線性測量，其本身就是一種高精度的檢測，分辨率最高可
達(dá)0.001mm（對于卷板機(jī)甚至大部分機(jī)床行業(yè)的應(yīng)用，選擇20μm~100μm分辨率的型號已經(jīng)足夠），并具
有很好的線性度和重復(fù)精度，響應(yīng)時(shí)間極快，最小可達(dá)0.25ms，最大不超過1.5ms，測量長度可根據(jù)客戶
的不同應(yīng)用的需要實(shí)現(xiàn)定制化。
三．卷板機(jī)提升控制的精確性與對磁致伸縮直線位移傳感器的要求
近年來，中國機(jī)床制造行業(yè)飛速發(fā)展，技術(shù)革新和產(chǎn)品出口與日俱增。卷板機(jī)在裝備制造業(yè)中有著廣泛
的應(yīng)用，如航空航天、軍工兵器、汽車、造船、化工、冶金、工程機(jī)械等行業(yè)，對卷板機(jī)的需求量日益
增大，卷板機(jī)的精度要求越來越高。
卷板機(jī)是通過油缸垂直升降運(yùn)動來帶動上輥，借助上輥的下壓及下輥的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，使金屬板經(jīng)過多道次
連續(xù)彎曲，產(chǎn)生永久性的塑 性變形，卷制成所需要的圓筒或錐筒等。而下壓位置的大小是需要通過一個(gè)
線性位移傳感器做一個(gè)反饋給PLC，從而對油缸實(shí)行控制。這個(gè)線性位移傳感器是加工 板材型精度的關(guān)
鍵，直接關(guān)系到加工品品質(zhì)的優(yōu)良。
最初，在諸多卷板機(jī)制造商中使用直線電位計(jì)作為油缸位置的反饋，其具有一定的優(yōu)勢，比如價(jià)格低廉
，這樣留給設(shè)計(jì)工程師以下兩個(gè)難以解決的問題：
1）精度不夠高，線性度低，難以實(shí)現(xiàn)高精度的加工；
2）接觸式傳感器不具有很好的耐久度，使用時(shí)間長了，精度和線性度會下降，導(dǎo)致加工精度變差。壽命
甚至只有半年，不得不定期更換，影響生產(chǎn)且需要不斷投入資金維護(hù)。
對此，我們建議采用磁致伸縮式直線位移傳感器來解決上述問題：
首先，基于磁致伸縮原理的線性測量具有高精度的特點(diǎn)，且具有很高的重復(fù)精度，并不會產(chǎn)生信號漂移
。選用Balluff BTL6系列的傳感器，10μm的分辨率足可以滿足對其高精度加工的要求。
其次，基于其非接觸的測量方式，避免了傳感器長期運(yùn)行導(dǎo)致的內(nèi)部磨損狀況，從而不會導(dǎo)致信號漂移
或精度下降。
再者，全金屬外殼可以最大限度的抵抗外部的物理因素的影響，可承受卷板機(jī)在工作時(shí)的振動或沖擊，
并隔絕油污、粉塵類污染源的侵蝕，大大增強(qiáng)了其使用壽命。
另一方面，從經(jīng)濟(jì)角度看，就單個(gè)傳感器而言，由于原理不同和制造工藝的差別，磁致伸縮產(chǎn)品比直線
電位計(jì)產(chǎn)品的價(jià)格會高出一 些，而磁致伸縮直線位移傳感器由于其內(nèi)部無機(jī)械磨損，壽命遠(yuǎn)比直線電位
計(jì)產(chǎn)品高出很多，又免去了用戶維護(hù)費(fèi)用和維護(hù)導(dǎo)致設(shè)備停機(jī)的損失，性價(jià)比顯而易見。
Balluff公司磁致伸縮直線位移傳感器為卷板機(jī)上輥下壓控制帶來了全新的革新。油缸行程監(jiān)控的精度大
幅提升，更重要的是穩(wěn)定性和免維護(hù)性，為設(shè)備長期運(yùn)行提供了保障，從而使卷板機(jī)的性能從整體上邁
上一個(gè)新的臺階。
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