畢業(yè)論文--皮革性能指標(biāo)測(cè)量?jī)x控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p><p>　　題 目： 皮革性能指標(biāo)測(cè)量?jī)x控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)</p><p>　　題目： 皮革性能指標(biāo)測(cè)量?jī)x控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）從

2、2014 年 2 月 24 日起到 2014 年 6 月 22 日</p><p>　　課題的意義及培養(yǎng)目標(biāo)：</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)階段最后一個(gè)教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合的環(huán)節(jié)，是大學(xué)期間所學(xué)知識(shí)的綜合檢驗(yàn)。目前皮革行業(yè)對(duì)皮革柔度等性能指標(biāo)測(cè)試，仍然大量采用專業(yè)技師的主觀感覺(jué)判斷，即便使用儀器檢測(cè)，這些設(shè)備為手工操作，一般只能進(jìn)行皮革單項(xiàng)皮革性能檢測(cè)，而且設(shè)備價(jià)格昂貴，且難以滿足現(xiàn)

3、場(chǎng)檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)的要求。本課題研究目標(biāo)，將皮革壓縮、彎曲、頂伸性能檢測(cè)相集成，做到一機(jī)多能，操作簡(jiǎn)便，實(shí)現(xiàn)皮革參數(shù)的無(wú)損傷測(cè)量，為利用測(cè)得的物理數(shù)據(jù)，對(duì)皮革柔軟性、延展性、手感豐滿性、彈性等指標(biāo)，進(jìn)行描述創(chuàng)造檢測(cè)手段。課題需要研究檢測(cè)方法的設(shè)計(jì)、檢測(cè)機(jī)械裝置的設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人機(jī)操作界面系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本課題強(qiáng)調(diào)實(shí)踐能力的培養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的能力，以及熟練掌握文獻(xiàn)檢索、寫(xiě)作的能力。

4、 </p><p>　　設(shè)計(jì)（論文）所需收集的原始數(shù)據(jù)與資料：</p><p>　　1.收集皮革性能表征的相關(guān)資料，了解檢測(cè)方法和研究現(xiàn)狀 </p><p>　　2. 可編程序控制器原理及應(yīng)用，吳忠俊編著，機(jī)械工業(yè)出版社 </p><p>　　3.

5、田宇主編，伺服與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　4. 存儲(chǔ)測(cè)試技術(shù)（數(shù)據(jù)檢測(cè)與存儲(chǔ)） </p><p>　　5.人機(jī)設(shè)備HMI應(yīng)用、電氣控制、機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)等 </p><p>　　課題的主要任務(wù)（需附有技術(shù)指標(biāo)要求）：

6、 </p><p>　　完成資料整理，提出測(cè)量?jī)x檢測(cè)控制方案，完成開(kāi)題報(bào)告（3月30日）；根據(jù)方案機(jī)構(gòu)草圖，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)測(cè)量皮革的拉伸變形和彎曲變形的電氣控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)觸摸屏操控與顯示，完成伺服與檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。要求完成設(shè)計(jì)方案和機(jī)械裝置全部圖紙；撰寫(xiě)1.5萬(wàn)字的說(shuō)明書(shū)；翻譯3000字的專業(yè)技術(shù)文章（5月1日）。

7、 </p><p>　　（1）測(cè)量?jī)x機(jī)械系統(tǒng)裝配圖 0號(hào)圖 </p><p>　?。?）測(cè)量?jī)x控制系統(tǒng)電路圖 0號(hào)圖</p><p>　　（3）PLC控制程序 程序文本</p>&l

8、t;p>　?。?）人機(jī)界面程序 程序截圖 </p><p>　?。?）設(shè)計(jì)記錄 工作筆記</p><p>　　主要技術(shù)要求：試樣皮革：φ300mm；壓力量程: 0-50N; 分辨率<= 0.5N;皮革厚度量程：0-2mm; 分辨率<= 0.01mm;頂伸行程：0-50mm。 </p>&l

9、t;p>　　設(shè)計(jì)進(jìn)度安排及完成的相關(guān)任務(wù)（以教學(xué)周為單位）：</p><p>　　學(xué) 生： 日期： </p><p>　　指導(dǎo)教師： 日期： </p><p>　　教研室主任： 日期： </p><p&g

10、t;　　皮革性能指標(biāo)測(cè)量?jī)x控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　目前皮革行業(yè)對(duì)皮革柔度等性能指標(biāo)測(cè)試，仍然大量采用專業(yè)技師的主觀感覺(jué)判斷，即便使用儀器檢測(cè)，這些設(shè)備為手工操作，一般只能進(jìn)行皮革單項(xiàng)皮革性能檢測(cè)，而且設(shè)備價(jià)格昂貴，且難以滿足現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)的要求。本課題研究目標(biāo)，將皮革壓縮、彎曲、頂伸性能檢測(cè)相集成，做到一機(jī)多

11、能，操作簡(jiǎn)便，實(shí)現(xiàn)皮革參數(shù)的無(wú)損傷測(cè)量，為利用測(cè)得的物理數(shù)據(jù)，對(duì)皮革柔軟性、延展性、手感豐滿性、彈性等指標(biāo)，進(jìn)行描述創(chuàng)造檢測(cè)手段。該儀器包括機(jī)械系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)以及檢測(cè)系統(tǒng)組成。</p><p>　　首先，根據(jù)皮革性能指標(biāo)檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)要求，采用Solidworks2010作為設(shè)計(jì)平臺(tái)，完成該測(cè)量系統(tǒng)的本體設(shè)計(jì)、傳感器夾持裝置設(shè)計(jì)，為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和檢測(cè)系統(tǒng)提供載體。</p><p>　　其次

12、，根據(jù)皮革性能指標(biāo)檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)要求，采用 Siemens PLC200 cpu224xp為控制器，使用V4.0 STEP 7 Micro-WIN SP6作為控制程序編程軟件。采用Siemens Smart 700IE觸摸屏，使用SIMATIC Wincc flexible 2008作為觸摸屏程序編程軟件。</p><p>　　之后，完成檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)也包括硬件和應(yīng)用程序兩個(gè)部分。

13、硬件結(jié)構(gòu)組成主要包括PLC及外圍電路、光柵位移傳感器、力傳感器和力變送器、步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。用SIMATIC Wincc flexible 2008作為數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)。</p><p>　　最后，完成上述三個(gè)系統(tǒng)的融合，通過(guò)PLC發(fā)出脈沖信號(hào)PUL對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)角控制，發(fā)出方向信號(hào)DIR對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行方向控制，完成步進(jìn)電機(jī)正、反轉(zhuǎn)與加、減速控制，通過(guò)壓力傳感器和光柵位移傳感器進(jìn)行同步數(shù)據(jù)采集傳給P

14、LC、PLC與觸摸屏通信進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)。這樣就完成了對(duì)皮革進(jìn)行壓縮性能、頂伸性能、彎曲性能的檢測(cè)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：Siemens PLC，觸摸屏，皮革性能指標(biāo)，光柵尺，壓力傳感器，步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　LEATHER PERFORMANCE INDICATORS MEASURING INSTRUMENT CONTROL SYSTEM DESIGN<

15、/p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The leather industry of leather softness performance indexes such as testing, is still a large number of USES the subjective judgment of professional t

16、echnicians, even use instrument testing, these devices for manual operation, generally only single leather performance testing, and the equipment is expensive, and difficult to meet the requirements of field test and la

17、boratory tests. This topic research goal, the leather compression, bending, stretching performance testing integration, do one ma</p><p>　　First of all, according to the requirements of the leather performan

18、ce testing movement, using Solidworks2010 as design platform, complete the ontology of the measurement system design, the sensor clamping device design, design for control system and testing system to provide the carrier

19、.</p><p>　　Secondly, according to the requirements of the leather performance testing movement, using Siemens PLC200 cpu224xp as the controller, by V4.0 STEP 7 Micro - WIN SP6 as control programming software

20、. The design uses Siemens Smart 700 HMI IE, using SIMATIC Wincc flexible 2008 programming software as HMI.</p><p>　　After finish test system design, the system also includes two parts of hardware and applica

21、tion. Hardware structure consists of PLC and peripheral circuit, the grating displacement sensor, force sensor and the force transducer, stepper motor and stepper motor drives, by SIMATIC Wincc flexible 2008 as data acqu

22、isition, processing, storage.</p><p>　　Finally, to complete the above three systems integration, through the PLC signal pulse PUL Angle control for stepping motor signal direction DIR to control the directio

23、n of stepper motor, stepper motor is, inversion and plus, deceleration control, through the pressure sensor and grating displacement sensor synchronous data acquisition to PLC, PLC and touch screen communication data pro

24、cessing and storage. This completes the compression performance of leather, stretching, bending performance test</p><p>　　KEY WORDS ：Siemens PLC, touch screen, leather performance indicators, grating ruler,

25、pressure sensor, stepper motor</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　ABSTRACTII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><

26、p>　　1.1 課題的目的和意義1</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)階段發(fā)展水平1</p><p>　　1.3 皮革性能檢測(cè)方法2</p><p>　　1.4 本課題主要內(nèi)容2</p><p>　　2 皮革性能指標(biāo)的測(cè)定3</p><p>　　2.1 皮革性能指標(biāo)參數(shù)的描述3</p>

27、<p>　　2.1.1 柔軟度4</p><p>　　2.1.2 豐滿度4</p><p>　　2.1.3 彈性度4</p><p>　　2.2 皮革性能指標(biāo)參數(shù)的力學(xué)測(cè)定4</p><p>　　2.2.1 皮革的壓縮性能參數(shù)測(cè)定方法4</p><p>　　2.2.2 皮革的頂伸性能參數(shù)測(cè)定方法

28、5</p><p>　　2.2.3 皮革的彎曲性能參數(shù)測(cè)定方法6</p><p>　　2.3 皮革材料力學(xué)性能特征與感官參數(shù)的關(guān)系6</p><p>　　2．3.1 壓縮性能7</p><p>　　2．3.2 頂伸性能7</p><p>　　2．3.3 彎曲性能7</p><p>　　

29、3 皮革性能指標(biāo)檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1 皮革檢測(cè)儀設(shè)計(jì)方案的技術(shù)要求8</p><p>　　3.2 皮革檢測(cè)儀的工作原理8</p><p>　　3.3 皮革檢測(cè)儀的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.4 步進(jìn)電機(jī)介紹與選擇10</p><p>　　3.4.1 步進(jìn)電機(jī)的種類及參數(shù)

30、10</p><p>　　3.4.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇11</p><p>　　3.5 光柵位移傳感器介紹與選擇11</p><p>　　3.7壓力傳感器的介紹與選擇15</p><p>　　4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.1 皮革檢測(cè)儀方案的確定17</p><p>　　

31、4.2 控制器的介紹與選擇18</p><p>　　4.2.1 PLC的種類和選擇18</p><p>　　4.2.2 PLC型號(hào)的選擇18</p><p>　　4.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的介紹與選擇19</p><p>　　4.4 壓力變送器的介紹與選擇20</p><p>　　5 PLC編程軟件介紹和編程2

32、2</p><p>　　5.1 PLC參數(shù)設(shè)置22</p><p>　　5.2 程序的編譯24</p><p>　　5.2.1 工作過(guò)程24</p><p>　　5.2.2 高速脈沖向?qū)?5</p><p>　　5.2．3 高速計(jì)數(shù)器向?qū)?0</p><p>　　5.2.4 程

33、序塊解釋33</p><p>　　6 觸摸屏和觸摸屏編程軟件的選擇36</p><p>　　6.1觸摸屏的分類36</p><p>　　6.2 Wincc Flexible 2008組態(tài)軟件37</p><p>　　6.3 利用組態(tài)軟件編程步驟37</p><p><b>　　致 謝46</

34、b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)47</p><p><b>　　附 錄 Ⅰ48</b></p><p><b>　　PLC符號(hào)表48</b></p><p><b>　　附 錄 Ⅱ51</b></p><p><b>　

35、　主程序51</b></p><p>　　SBR_0子程序60</p><p>　　HSC_INIT指令向?qū)?1</p><p>　　COUNT_EQ向?qū)?2</p><p><b>　　復(fù)位子程序63</b></p><p><b>　　開(kāi)始子程序65</

36、b></p><p><b>　　壓縮子程序68</b></p><p><b>　　頂伸子程序72</b></p><p><b>　　彎曲子程序76</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p&g

37、t;　　1.1 課題的目的和意義</p><p>　　皮革柔軟、豐滿、彈性等皮革性能指標(biāo)是皮革質(zhì)量好壞的重要描述概念，并且決定了皮革的品級(jí)。我國(guó)目前雖然每年皮革年產(chǎn)很大，但并不是該行業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)網(wǎng)，原因在于品質(zhì)難于把握，從而使得價(jià)格方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍處于弱勢(shì)。</p><p>　　目前皮革行業(yè)對(duì)皮革柔度等性能指標(biāo)測(cè)試，仍然大量采用專業(yè)技師的主觀感覺(jué)判斷，即便使用儀器檢測(cè)，這些設(shè)備為手

38、工操作，一般只能進(jìn)行皮革單項(xiàng)皮革性能檢測(cè)，而且設(shè)備價(jià)格昂貴，且難以滿足現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)的要求。本課題研究目標(biāo)，將皮革壓縮、彎曲、頂伸性能檢測(cè)相集成，做到一機(jī)多能，操作簡(jiǎn)便，實(shí)現(xiàn)皮革參數(shù)的無(wú)損傷測(cè)量，為利用測(cè)得的物理數(shù)據(jù)，對(duì)皮革柔軟性、延展性、手感豐滿性、彈性等指標(biāo)，進(jìn)行描述創(chuàng)造檢測(cè)手段。皮革性能指標(biāo)檢測(cè)的自動(dòng)化、集成化是皮革行業(yè)發(fā)展的迫切要求。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)階段發(fā)展水平</p&g

39、t;<p>　　成都科技大學(xué)的蘇真?zhèn)ソ淌谘兄频钠じ锶彳浂葴y(cè)定儀、四川大學(xué)的李志強(qiáng)教授提出了皮革柔軟度的測(cè)定方法及陜西科技大學(xué)的張曉鐳教授研制的皮革柔軟度和豐滿度測(cè)量分級(jí)裝置等，都為我國(guó)皮革檢測(cè)方面的研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p>　　國(guó)外有關(guān)皮革感官特性參數(shù)測(cè)試儀器的研究工作相對(duì)比我國(guó)比較早。在1988年印度的 B.Lokanadam 等建立壓縮指數(shù)的數(shù)學(xué)模型，研究了壓縮指數(shù)和皮革柔軟度的K

40、ellert 等人借鑒造紙工業(yè)中紙張僵硬度測(cè)定儀測(cè)定皮革的柔軟度；1993年，英國(guó)皮革技術(shù)中心(BI-C)的Alexander根據(jù)頂伸的力學(xué)特點(diǎn)，研制出商業(yè)化的柔軟度測(cè)試儀(BI。CSn300)，該儀器的測(cè)試值為一個(gè)固定壓力下皮革的頂伸高度，測(cè)試過(guò)程中不損傷皮革，操作簡(jiǎn)單，目前此類產(chǎn)品已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化過(guò)程。近年來(lái)德國(guó)，El本等國(guó)對(duì)皮革感官作了很多的研究工作。其中，德國(guó)根據(jù)在頂壓作用下?lián)锨冃蝸?lái)研究皮革感官特性參數(shù)。</p>

41、<p>　　但是目前皮革行業(yè)使用的皮革力學(xué)性能測(cè)試儀器多從國(guó)外進(jìn)口，國(guó)外生產(chǎn)廠家對(duì)我們進(jìn)行技術(shù)保密。同時(shí)這些設(shè)備多為手工操作，一般只能進(jìn)行皮革壓縮性能檢測(cè)、彎曲性能檢測(cè)及頂伸性能檢測(cè)中單項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)，而且設(shè)備昂貴。由于發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)皮革檢測(cè)儀器研究持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，故在該領(lǐng)域已經(jīng)走在了時(shí)代的前沿。而我國(guó)對(duì)皮革檢測(cè)儀器研究投入的人力和物力均不足，使得國(guó)產(chǎn)皮革檢測(cè)儀器長(zhǎng)期處于低水平徘徊。國(guó)產(chǎn)皮革性能指標(biāo)檢測(cè)的自動(dòng)化、集成化是皮革行業(yè)發(fā)展的

42、迫切要求。</p><p>　　目前，對(duì)于皮革柔軟性能、豐滿性能、彈性性能等指標(biāo)的測(cè)量主要運(yùn)用傳統(tǒng)的人工</p><p><b>　　檢測(cè)方法。</b></p><p>　　1.3 皮革性能檢測(cè)方法</p><p>　　皮革的感官特性是人們?cè)陂L(zhǎng)期實(shí)踐中對(duì)皮革的觸覺(jué)和視覺(jué)綜合性能的概括，是人手觸摸皮革和人眼觀看皮革的感覺(jué)綜

43、合反映，它包括柔軟度，彈性度，豐滿度等一系列的感受，因此它是一種感官特征。評(píng)價(jià)皮革的感官特性一直是沿用皮革檢測(cè)人員的感觀檢驗(yàn)方法，眼看手摸。從而評(píng)定結(jié)果受到個(gè)人的專業(yè)技能、文化素養(yǎng)、脾性喜好，甚至民族風(fēng)俗等多種主觀因素以及環(huán)境條件等客觀因素的影響。其評(píng)定結(jié)果用語(yǔ)言，文字或者圖表表達(dá)，既沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)又缺乏規(guī)范的詞匯，難以進(jìn)行相互交流。即便使用儀器檢測(cè)，這些設(shè)備為手工操作，一般只能進(jìn)行皮革單項(xiàng)皮革性能檢測(cè)，而且設(shè)備價(jià)格昂貴，且難以滿足現(xiàn)場(chǎng)

44、檢測(cè)和實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)的要求。</p><p>　　為此，可以將PLC技術(shù)引入皮革壓縮性等指標(biāo)的測(cè)試。利用該技術(shù)，可以將皮革壓縮性能檢測(cè)、皮革彎曲性能檢測(cè)以及皮革頂伸性能檢測(cè)相集成，做到一機(jī)多能，操作</p><p>　　簡(jiǎn)便，數(shù)據(jù)可以以圖片的方式顯示，也可以存儲(chǔ)、打印。這樣儀器若研制成功，不但可</p><p>　　以替代進(jìn)口產(chǎn)品，并且可以繼承多種單項(xiàng)儀器的功能。<

45、;/p><p>　　與單片機(jī)，采用PLC有以下幾大優(yōu)勢(shì)：</p><p>　?。╝）PLC編程簡(jiǎn)單，邏輯性強(qiáng)，上手容易；單片機(jī)編程復(fù)雜，較難上手；</p><p>　?。╞）PLC抗干擾能力較強(qiáng)，可以直接運(yùn)用到工業(yè)場(chǎng)合；單片機(jī)必須增加很多外部電路，同時(shí)在軟件中采取措施，才能達(dá)到實(shí)際運(yùn)用中抗干擾的目地，所有這些還需要豐富的經(jīng)驗(yàn)才能完成，否則整個(gè)項(xiàng)目可能功虧一簣；</

46、p><p>　?。╟）近幾年，PLC的功能已經(jīng)在原來(lái)僅用于邏輯控制的基礎(chǔ)上有飛躍的擴(kuò)展，在各個(gè)領(lǐng)域大量取代單板機(jī)，逐步成為一般工控系統(tǒng)的主流；</p><p>　?。╠）PLC為模塊化系統(tǒng)，比單片機(jī) 更容易維修、升級(jí)程序或更換硬件；</p><p>　　1.4 本課題主要內(nèi)容</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)了具有1個(gè)自由度的精密機(jī)械機(jī)構(gòu)平臺(tái)，利用

47、V4.0 STEP 7 Micro-WIN SP6和SIMATIC Wincc flexible 2008作為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，以Siemens PLC200 cpu224xp和Siemens Smart 700IE為主控元件、步進(jìn)電機(jī)以及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器作為運(yùn)動(dòng)控制部分、光柵尺和壓力傳感器以及外圍設(shè)備組成的系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)采集部分，通過(guò)PLC發(fā)出高速脈沖給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)控制滑臺(tái)絲杠旋

48、轉(zhuǎn)，絲杠螺母上連接有測(cè)力傳感器，力傳感器和光柵傳感器同步運(yùn)行，力傳感器上可以連接壓縮側(cè)頭、頂伸側(cè)頭、彎曲側(cè)頭、這樣就可以完成整個(gè)控制系統(tǒng)。</p><p>　　2 皮革性能指標(biāo)的測(cè)定</p><p>　　2.1 皮革性能指標(biāo)參數(shù)的描述</p><p>　　日常生活中所謂的皮革都是已經(jīng)經(jīng)過(guò)脫毛、去肉及鞣制等加工后的成品或半成品原材料。也已經(jīng)在某些程度上失去了原先動(dòng)物皮

49、的特征，比如已經(jīng)具有很強(qiáng)的防腐性質(zhì)。皮革內(nèi)部是以三維結(jié)構(gòu)存在的蛋白纖維束交織而成的，表面是一定結(jié)構(gòu)的粒面層，具有原始紋理結(jié)構(gòu)和光澤，手感細(xì)膩。不同種類的皮革具有不同的特性，即使同種類型的皮革特性也會(huì)因?yàn)槌霎a(chǎn)皮革的不同個(gè)體性狀的不同有很大不同，所以皮革制品質(zhì)量的好壞大部分取決于原材料的性質(zhì)好壞。為了滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，人們有必要對(duì)皮革的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定，皮革質(zhì)量的好壞可以通過(guò)人的感官判定、顯微結(jié)構(gòu)分析和物理化學(xué)性質(zhì)分析等手段綜合進(jìn)行判定。&l

50、t;/p><p>　　人的感官判定又可以稱為感官檢查，可以通過(guò)人的手觸摸、眼睛看等方法，同時(shí)憑借經(jīng)驗(yàn)對(duì)皮革的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定，這個(gè)方法是基于人的感覺(jué)器官與人對(duì)皮革性質(zhì)的經(jīng)驗(yàn)的。目前人們研究皮革性能的好壞主要還是通過(guò)感官判定的方法，而且感官判定方法具有比較直觀、無(wú)破壞、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，如皮革的豐滿度、柔軟度、粒面特性、色澤等特性判定都是通過(guò)感官判定方法進(jìn)行的。但是這種判定方法不具有較高的客觀性，判斷結(jié)果也受人的經(jīng)驗(yàn)及人的實(shí)

51、時(shí)心情及所處環(huán)境等眾多因素所影響。目前國(guó)內(nèi)的研究人員、技術(shù)人員對(duì)皮革的性能判定方法可分為以下幾類，按照對(duì)人們不同的感覺(jué)刺激途徑可以將皮革性能測(cè)定分為如下幾種：</p><p>　?。╝）觸感判定：指人對(duì)皮革產(chǎn)品進(jìn)行撫摸、抓捏、揉搓等手法接觸材料時(shí)對(duì)人皮膚產(chǎn)生的刺激，刺激經(jīng)過(guò)一系列神經(jīng)系統(tǒng)的翻譯而成的人的感受，例如產(chǎn)品柔軟性如何、是否光滑及是否厚實(shí)等一系列感受。</p><p>　　（b）視

52、覺(jué)判定：視覺(jué)判定是人們?cè)诓牧鲜芄馇闆r下對(duì)材料表面特性的判斷，包括材料的色澤、表面紋理等判定，一盤(pán)用色澤光鮮、紋理清晰等詞形容。</p><p>　　（c）試穿判定：試穿判定是皮革性能研究人員通過(guò)人對(duì)皮革式樣體驗(yàn)后反應(yīng)的個(gè)人感覺(jué)，例如產(chǎn)品保暖效果如何、是否對(duì)皮膚產(chǎn)生有刺激性的不適感等。</p><p>　　顯微結(jié)構(gòu)分析是研究材料性能的主要研究方法，是材料科學(xué)研究的一個(gè)不可或缺的重要環(huán)節(jié)與手段

53、通過(guò)在顯微技術(shù)下對(duì)材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，研究材料的性能與材料內(nèi)部組成元素的組合結(jié)構(gòu)的關(guān)系。</p><p>　　物理化學(xué)性質(zhì)分析方法是近代科學(xué)研究的一個(gè)主要研究手段，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，研究材料的物理性能及化學(xué)結(jié)構(gòu)與材料性能之間的關(guān)系。</p><p><b>　　2.1.1 柔軟度</b></p><p>　　皮革的柔軟度是指當(dāng)皮革受力發(fā)生變形時(shí)，檢測(cè)到

54、的皮革厚度、擠壓程度、平滑感覺(jué)和革彎曲延伸性能的綜合。柔軟度通常體現(xiàn)膠原纖維活動(dòng)空間的大小和膠原纖維相對(duì)滑動(dòng)的難易程度，皮革的柔軟度是難以用參數(shù)進(jìn)行表述的，但是可以用相應(yīng)的力學(xué)狀態(tài)及力學(xué)參數(shù)來(lái)表述的。</p><p><b>　　2.1.2 豐滿度</b></p><p>　　豐滿度是指當(dāng)皮革受外力作用發(fā)生變形時(shí)，通過(guò)觸覺(jué)所感受到的擠壓、平滑的感覺(jué)。豐滿度體現(xiàn)了膠原纖

55、維交聯(lián)時(shí)，形成的一種立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的性能，皮革的豐滿度可以通過(guò)力學(xué)方法進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量方法本身與手感檢驗(yàn)方法在力的傳感形式上有相似性和替代性。</p><p><b>　　2.1.3 彈性度</b></p><p>　　彈性度是皮革在制造過(guò)程中以及穿著過(guò)程，受到外力作用發(fā)生變形，皮革變形之后恢復(fù)原狀的能力。彈性度反映了皮革膠原纖維的柔韌程度，人體對(duì)所接觸的外界物體的柔韌程

56、度是很敏感的，因此皮革的彈性度是衡量皮革品質(zhì)優(yōu)劣的重要特性。</p><p>　　2.2 皮革性能指標(biāo)參數(shù)的力學(xué)測(cè)定</p><p>　　以彎曲力作用皮革，皮革所表現(xiàn)的彎曲性能，以頂伸力作用皮革，皮革所表現(xiàn)的頂伸性能及以壓縮力作用皮革，皮革所表現(xiàn)的壓縮性能。為了排除其他微氣候環(huán)境因素對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，也為了給檢測(cè)工作提供一個(gè)更好的參照坐標(biāo)，我們將檢測(cè)工作置于一個(gè)常溫、常壓等環(huán)境中，并將在此

57、環(huán)境中的力學(xué)表示作為檢測(cè)皮革性能指標(biāo)的依據(jù)。這些力學(xué)性能都是采用標(biāo)準(zhǔn)皮革式樣在經(jīng)過(guò)空氣調(diào)節(jié)[空氣調(diào)節(jié)溫度為(25±1)℃、相對(duì)濕度為(65±1)％]24小時(shí)后進(jìn)行的。皮革的水分的含量與周圍環(huán)境的濕度與溫度有關(guān)，不同的皮革水分含量在很大程度上不同，即使是同一張皮革，在不同環(huán)境中的水分含量也有明顯不同。將待測(cè)皮革一同在相同的濕度與溫度條件下放置24小時(shí)后，目的在于使得其水分趨于一致，可使得在同一條件下獲得的測(cè)試數(shù)據(jù)具有比

58、較好的比較價(jià)值，從而能較客觀的判定皮革的質(zhì)量。</p><p>　　2.2.1 皮革的壓縮性能參數(shù)測(cè)定方法</p><p>　　描繪皮革壓縮時(shí)力與位移的實(shí)時(shí)曲線，其壓縮性能測(cè)試夾拭附件的圓形壓腳直徑為70 mm，壓腳表面在任何位置時(shí)，應(yīng)與試樣放置臺(tái)的表面相平行，其誤差應(yīng)在0．05mm以內(nèi)，儀器精確度為0.01 mm。測(cè)定前更換皮革夾拭附件，調(diào)試測(cè)試儀器到最佳狀態(tài)，在滿足溫度和濕度的條件下，

59、將皮革試樣粒面向上放在皮革試樣壓縮臺(tái)上，圓形壓腳緩慢落在試樣上，測(cè)試儀器將每隔0．1 S的時(shí)間自動(dòng)記錄壓縮位移和壓縮力，保持壓縮力暫停5 s后卸載，測(cè)試儀器將再次每隔0．1 s的時(shí)間自動(dòng)測(cè)試并記錄壓縮位移和壓縮力。</p><p>　　如圖2-1所示，壓縮平臺(tái)3A是一個(gè)內(nèi)部空心的腔體，測(cè)定前將壓縮平臺(tái)與底板5用螺釘固定，將壓縮皮革式樣4A放在壓縮平臺(tái)內(nèi)。1為壓力傳感器，壓縮側(cè)頭2A緩慢向下運(yùn)動(dòng)，檢測(cè)儀會(huì)隔一定時(shí)間

60、記錄壓縮位移大小和壓縮力的大小。當(dāng)達(dá)到預(yù)定的壓縮量或壓縮力時(shí)檢測(cè)儀會(huì)保持5s在卸載，此后檢測(cè)儀再以一定時(shí)間間隔記錄壓縮回復(fù)位移與卸載壓縮力的大小。</p><p>　　圖2-1 壓縮性能測(cè)試示意</p><p>　　2.2.2 皮革的頂伸性能參數(shù)測(cè)定方法</p><p>　　描繪皮革頂伸時(shí)力與位移的實(shí)時(shí)曲線，其頂伸性能測(cè)試夾拭附件由頂伸桿、頂伸球和圓形皮革試樣上壓環(huán)

61、及下壓環(huán)組成，頂伸桿與圓形皮革試樣上壓環(huán)及下壓環(huán)同心且其誤差應(yīng)在0．05mm以內(nèi)，儀器精確度為0.01 mm。測(cè)定前更換皮革夾拭附件，調(diào)試測(cè)試儀器到最佳狀態(tài)，在滿足溫度和濕度的條件下，將皮革試樣緊固在皮革試樣上壓環(huán)和下壓環(huán)上，頂伸桿緩慢向下移動(dòng)，測(cè)試儀器將每隔0．1 S的時(shí)間自動(dòng)記錄頂伸位移和頂伸力，保持頂伸力暫停5 s后卸載，測(cè)試儀器將再次每隔0．1 s的時(shí)間自動(dòng)測(cè)試并記錄頂伸位移和頂伸力。</p><p>　

62、　如圖2-2所示，頂伸平臺(tái)3B是一塊頂板，測(cè)定前將皮革式樣4B放在頂板和底板5之間并用螺釘固定。頂伸側(cè)頭2B緩慢向下運(yùn)動(dòng)，檢測(cè)儀會(huì)隔一定時(shí)間記錄頂伸位移大小和頂伸力的大小。當(dāng)達(dá)到預(yù)定的頂伸量或頂伸力時(shí)檢測(cè)儀會(huì)保持5s在卸載，此后檢測(cè)儀再以一定時(shí)間間隔記錄頂伸回復(fù)位移與卸載頂伸力的大小。</p><p>　　圖2-2 頂伸性能測(cè)試示意</p><p>　　2.2.3 皮革的彎曲性能參數(shù)測(cè)定方

63、法</p><p>　　描繪皮革彎曲時(shí)力與位移的實(shí)時(shí)曲線，其彎曲性能測(cè)試夾拭附件為長(zhǎng)方形壓板和長(zhǎng)方形彎曲壓槽，在任何位置時(shí)其誤差應(yīng)在0．05 mm以內(nèi)，儀器精確度為0．01 mm。測(cè)定前更換皮革夾拭附件，調(diào)試測(cè)試儀器到最佳狀態(tài)，在滿足溫度和濕度的條件下，將皮革試樣彎曲成圓筒狀放在長(zhǎng)方形壓槽內(nèi)，壓板緩慢向下移動(dòng)，測(cè)試儀器將每隔0．1 s的時(shí)間自動(dòng)記錄彎曲位移和彎曲力，保持壓縮力暫停5 s后卸載，測(cè)試儀器將再次每隔0

64、．1s的時(shí)間自動(dòng)測(cè)試并記錄彎曲位移和彎曲力。</p><p>　　如圖2-3所示，彎曲平臺(tái)3C如圖所示，測(cè)定前將彎曲平臺(tái)與底板5用螺釘固定，將皮革式樣4C圈成直徑和彎曲平臺(tái)間隙一致的圓筒狀，彎曲側(cè)頭2C緩慢向下運(yùn)動(dòng)，檢測(cè)儀會(huì)隔一定時(shí)間記錄彎曲位移大小和彎曲力的大小。當(dāng)達(dá)到預(yù)定的彎曲量或彎曲力時(shí)檢測(cè)儀會(huì)保持5s在卸載，此后檢測(cè)儀再以一定時(shí)間間隔記錄彎曲回復(fù)位移與卸載彎曲力的大小。</p><p&

65、gt;　　圖2-3 彎曲性能測(cè)試示意</p><p>　　2.3 皮革材料力學(xué)性能特征與感官參數(shù)的關(guān)系</p><p>　　根據(jù)以上的皮革材料力學(xué)性能參數(shù)的測(cè)定和皮革感官特性參數(shù)的定義，建立皮革力學(xué)性能參數(shù)與皮革感官特性參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。</p><p>　　2．3.1 壓縮性能</p><p>　　壓縮性能與皮革感官特性參數(shù)，即皮革柔軟度

66、，豐滿度，彈性度的數(shù)學(xué)模型關(guān)系，利用上述壓縮力學(xué)性能參數(shù)測(cè)定方法測(cè)定的數(shù)據(jù)，即測(cè)試儀器在壓縮性能測(cè)定條件下，每隔0．1 s的時(shí)間記錄的壓縮位移s和壓縮力F數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)擬合繪制力與位移的曲線，例如采用線性擬合得到：壓縮性能加載曲線為 s =f(x)=k x + b ，壓縮性能卸載曲線為s′=f(x)=k′ x + b′。</p><p>　　斜率k越大表明皮革越容易壓縮，皮革的柔軟度越大，斜率k′越大表明皮革越

67、容易恢復(fù)原型，皮革的豐滿度越大，加載曲線與卸載曲線包圍的面積越大表明皮革的恢復(fù)空間越大，皮革的彈性度越大。</p><p>　　2．3.2 頂伸性能</p><p>　　頂伸性能與皮革感官特性參數(shù)，即皮革柔軟度，豐滿度，彈性度的數(shù)學(xué)模型關(guān)系，利用上述頂伸力學(xué)性能參數(shù)測(cè)定方法測(cè)定的數(shù)據(jù)，即測(cè)試儀器在頂伸性能測(cè)定條件下，每隔0．1 s的時(shí)間記錄的頂伸位移s和頂伸力F數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)擬合繪制力與位

68、移的曲線，例如采用指數(shù)擬合得到：頂伸性能加載曲線為 s =f(z)=a．exp(x)+b，頂伸性能卸載曲線為s′ =f(z)=a′．exp(x)+b′。</p><p>　　系數(shù)a越大表明皮革的縱向和橫向的綜合拉伸變形越大，即皮革的柔軟度越大，斜率a′越大表明皮革越容易恢復(fù)原型，皮革的豐滿度越大，加載曲線與卸載曲線包圍的面積越大表明皮革的恢復(fù)空間越大，皮革的彈性度越大。</p><p>　

69、　2．3.3 彎曲性能</p><p>　　彎曲性能與皮革感官特性參數(shù)，即皮革柔軟度，豐滿度，彈性度的數(shù)學(xué)模型關(guān)系，利用上述彎曲力學(xué)性能參數(shù)測(cè)定方法測(cè)定的數(shù)據(jù)，即測(cè)試儀器在彎曲性能測(cè)定條件下，每隔0．1 s的時(shí)間記錄的壓縮位移s和壓縮力F數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)擬合繪制力與位移的曲線，例如采用指數(shù)擬合得到：彎曲性能加載曲線為 s=f(z)=a．exp(x)+b，彎曲性能卸載曲線為s′=f(z)=a′．exp(x)+b′ 。

70、</p><p>　　系數(shù)a越大表明皮革的縱向和橫向的綜合拉伸變形越大，即皮革的柔軟度越大，斜率a′越大表明皮革越容易恢復(fù)原型，皮革的豐滿度越大，加載曲線與卸載曲線包圍的面積越大表明皮革的恢復(fù)空間越大，皮革的彈性度越大。</p><p>　　綜合以上四種力學(xué)性能的三個(gè)參數(shù)，得出皮革感官特性的綜合性能評(píng)價(jià)。</p><p>　　3 皮革性能指標(biāo)檢測(cè)儀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)<

71、/p><p>　　3.1 皮革檢測(cè)儀設(shè)計(jì)方案的技術(shù)要求</p><p>　　本皮革性能指標(biāo)檢測(cè)儀的總體設(shè)計(jì)方案按照如下關(guān)鍵技術(shù)要求完成：</p><p>　　1)被測(cè)皮革樣品在外力作用下產(chǎn)生變形，變形的位移量在描述皮革力學(xué)性能中起</p><p>　　到至關(guān)重要的作用，本課題要完成對(duì)皮革樣品的彎曲位移量、頂伸位移量、壓縮位移量</p>

72、<p>　　進(jìn)行檢測(cè)，精度要求是：彎曲位移量精度為0.01mm、頂伸位移量精度為0.01mm、壓縮</p><p>　　位移量精度為0.01mm，因?yàn)閴嚎s位移量是三個(gè)參數(shù)中最小的，所以要充分保證其精度，</p><p>　　定為0.01mm。為此，本課題使用高精度光柵尺作為位移的測(cè)量?jī)x器。光柵尺輸出為數(shù)</p><p>　　字脈沖方波信號(hào)，便于數(shù)據(jù)處理

73、，具有精度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　2)被測(cè)皮革受力變形時(shí)的載荷值是反映皮革力學(xué)性能的另一關(guān)鍵參數(shù)，本課題要</p><p>　　求所測(cè)的力精度能達(dá)到C3級(jí)別，同時(shí)對(duì)樣品革進(jìn)行彎曲力測(cè)試、頂伸力測(cè)試、壓縮力</p><p>　　測(cè)試的負(fù)荷范圍不同。本課題選用S形拉壓式稱重傳感器，具有精度高，穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。通過(guò)壓力變送器處理傳感器初始信號(hào)，經(jīng)過(guò)模

74、擬轉(zhuǎn)數(shù)字(A/D)，后與控制器連接。 </p><p>　　3)被測(cè)皮革在受力下產(chǎn)生的變形應(yīng)該滿足一定的速度要求，因?yàn)榇藴y(cè)量的精度要求，皮革的變形應(yīng)該在低速的情況下進(jìn)行，而且速度必須是可控的。范圍應(yīng)該在1．O-50mm／s之間。本課題選用精度較高的步進(jìn)電機(jī)，為了更加精確的控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，配合帶細(xì)分功能的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制被測(cè)皮革變形的速率。</p><p>　

75、　4)三種皮革力學(xué)性能的測(cè)試要求不同，所有裝夾皮革的工裝夾具要求有很大不同。彎曲性能測(cè)試需要一塊長(zhǎng)方形的皮革，將皮革卷成皮革卷并固定，讓專用測(cè)頭下壓皮革卷產(chǎn)生變形。頂伸性能測(cè)試需要使用一塊完整皮革，用換裝固定壓圈將其固定，使其在受力時(shí)四周受力均衡，當(dāng)專用測(cè)頭向下走動(dòng)，頂伸皮革產(chǎn)生變形。壓縮性能測(cè)試粗要一塊表面完整的皮革，放在表面光滑平整的壓縮臺(tái)上，專用測(cè)頭下壓皮革產(chǎn)生變形。皮革性能測(cè)試的工裝夾具要滿足這些不同要求，因此工裝夾具的設(shè)計(jì)對(duì)檢

76、測(cè)精度影響很大。本課題設(shè)計(jì)三套專用的工裝夾具與側(cè)頭來(lái)達(dá)到這樣的測(cè)試要求。</p><p>　　3.2 皮革檢測(cè)儀的工作原理</p><p>　　皮革性能指標(biāo)檢測(cè)儀依靠控制單元控制步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生各種用戶需要的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)行星齒輪減速器對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行變速，獲得足夠大的扭矩，控制側(cè)頭一系列運(yùn)動(dòng)。壓力傳感器與側(cè)頭相連安裝，光柵尺的讀數(shù)頭與壓力傳感器的運(yùn)動(dòng)是同步的，即測(cè)得的數(shù)據(jù)是一一對(duì)應(yīng)的。兩種傳感器分

77、別采集位移信號(hào)與力載荷信號(hào)，控制單元負(fù)責(zé)將信號(hào)進(jìn)行處理，最后顯示處理后的信息。信息的處理包括數(shù)據(jù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)計(jì)算。數(shù)據(jù)的處理是基于彎曲特性、頂伸特性、壓縮特性這三個(gè)皮革力學(xué)性能，顯示的數(shù)據(jù)反映皮革的柔軟度、彈性度、豐滿度三個(gè)性能指標(biāo)。</p><p>　　3.3 皮革檢測(cè)儀的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　測(cè)試儀三維機(jī)械圖如圖3-1所示，圖3-1中主要部件名稱：1為光柵位移傳感器，2

78、為精密滾珠絲杠，3為s型力傳感器，4為壓縮側(cè)頭，5為壓縮工作臺(tái)，6為底板，7為三角架底板，8為三角架前板，9為三角架側(cè)板，10平移塊，11為三角架后板，12為聯(lián)軸器，13為帶行星齒輪減速器的步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　圖3-1 測(cè)試儀三維機(jī)械圖</p><p>　　機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)是本皮革性能指標(biāo)檢測(cè)儀機(jī)械系統(tǒng)的核心部分，設(shè)計(jì)的好壞直接影響</p><p>　　到測(cè)

79、量結(jié)果的可信度，甚至影響到本方案的可行性。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)主要包括提供動(dòng)力的</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)、減速器、絲杠、平移塊、聯(lián)軸器、上限位開(kāi)關(guān)、下限位開(kāi)關(guān)、位移傳感器等元器件。為了能夠?qū)崿F(xiàn)在檢測(cè)中對(duì)位移及施力可控制，采用可以控制步距角的步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力來(lái)源，采用配套的行星齒輪減速器，對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行減速，以獲取更大的轉(zhuǎn)矩，保證能為測(cè)試提供足夠的動(dòng)力，而且對(duì)步進(jìn)電機(jī)起到了保護(hù)作用。</p><p

80、>　　主要工作過(guò)程：精密絲杠起到傳遞運(yùn)動(dòng)的作用，并且提高了測(cè)試的精度。聯(lián)軸器連接減速器與精密絲杠，既保證了轉(zhuǎn)動(dòng)的傳輸，而且也起到緩沖的作用，減少?zèng)_擊力對(duì)減速器及絲杠的損害。平移塊依靠精密絲杠的推動(dòng)做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，平移塊的作用主要是安裝測(cè)頭系統(tǒng)及傳感器，可以實(shí)現(xiàn)兩組皮革力學(xué)性能指標(biāo)的同步測(cè)定。上限位開(kāi)關(guān)，起到上限位的功能和復(fù)位作用，當(dāng)檢測(cè)儀平移塊運(yùn)動(dòng)到上端的時(shí)候，觸碰上限位開(kāi)關(guān)，觸發(fā)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)或者停止程序，保護(hù)檢測(cè)儀受到損傷。下限

81、位開(kāi)關(guān)，同理可得其起到下限位的功能，當(dāng)檢測(cè)儀平移塊運(yùn)動(dòng)到下端的時(shí)候，觸碰下限位開(kāi)關(guān)，觸發(fā)步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)或者停止程序，保護(hù)檢測(cè)儀受到損傷。上、下限位開(kāi)關(guān)為機(jī)械式限位開(kāi)關(guān)，當(dāng)測(cè)試儀上電啟動(dòng)時(shí)，控制器控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)平移塊向上運(yùn)動(dòng)，平移塊向上運(yùn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)信號(hào)給控制器，控制器控制電機(jī)反轉(zhuǎn)，儀器進(jìn)入工作狀態(tài)。</p><p>　　皮革壓縮側(cè)頭設(shè)計(jì)與壓縮夾持部分、頂伸側(cè)頭設(shè)計(jì)與頂伸夾持部分、彎曲側(cè)頭設(shè)計(jì)與彎曲夾

82、持部分設(shè)計(jì)在第2章的中已介紹過(guò)，在這不詳細(xì)說(shuō)明。具體機(jī)械系統(tǒng)裝配圖見(jiàn)圖紙。</p><p>　　3.4 步進(jìn)電機(jī)介紹與選擇</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件，在未超載的情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和停止的位置取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，給電動(dòng)機(jī)加上一個(gè)脈沖信號(hào)，電動(dòng)機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。在大功率驅(qū)動(dòng)設(shè)備市場(chǎng)上，大扭矩步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有市場(chǎng)，無(wú)論是在經(jīng)濟(jì)性、噪聲

83、、加速度、系統(tǒng)慣量、最大扭矩等方面，都不如采用伺服電動(dòng)機(jī)或是直流電動(dòng)機(jī)加編碼器好。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要是應(yīng)用在小功率場(chǎng)合。</p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)種類繁多，按運(yùn)動(dòng)方式分為:旋轉(zhuǎn)、直線和平面步進(jìn)電動(dòng)機(jī)三大類；按電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩分為：快速和功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；按轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的工作方式分為：反應(yīng)式、永磁式和混合式三類；按勵(lì)磁組數(shù)又可分為：兩相、三相、四相、五相和八相等；按電流極性分為:單極性和雙極性。</p>&

84、lt;p>　　混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)合了反應(yīng)式和永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，采用永磁式磁鐵提高電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，采用細(xì)密的極齒來(lái)減小步距角。混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩大，動(dòng)態(tài)性能良好，是應(yīng)用得最為廣泛的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。最受歡迎的是兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其市場(chǎng)份額約97%，原因是它的性價(jià)比高，配上細(xì)分驅(qū)動(dòng)器后效果良好。</p><p>　　3.4.1 步進(jìn)電機(jī)的種類及參數(shù)</p><p>　　目前市場(chǎng)上

85、銷量最大的步進(jìn)電機(jī)基本上都是兩相混合式，步進(jìn)電機(jī)根據(jù)安裝尺寸的大小分為：20BYG、28BYG、35BYG、39BYG、42BYG、57BYG、60BYG、86BYG、110BYG、130BYG。步進(jìn)電機(jī)除了法蘭盤(pán)與機(jī)身長(zhǎng)度有較大差異外，同一款法蘭盤(pán)的電機(jī)也有若干細(xì)分，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩隨其機(jī)身的有效體積（機(jī)身長(zhǎng)度×面積）的增加而增大。</p><p>　　a)靜力矩（保持力矩）：傳統(tǒng)電機(jī)選型時(shí)第一考慮的是電機(jī)

86、的功率，而步進(jìn)電機(jī)參數(shù)表中卻沒(méi)有這個(gè)參數(shù)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的物理結(jié)構(gòu)，完全不同于交流、直流電機(jī)，電機(jī)的輸出功率是可變的，其相對(duì)應(yīng)的是步進(jìn)電機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩。電機(jī)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算包含兩部分，一是克服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦轉(zhuǎn)矩TL，一是克服負(fù)載和電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩TS，電機(jī)扭矩T的計(jì)算公式為3-1。S為安全系數(shù)，一般計(jì)算S=2。</p><p>　　T=（TL+TS）×S (3-1)<

87、;/p><p>　　電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL為下式3-2,式中TL′為生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，η c為電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)的傳動(dòng)效率，j為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的速比。</p><p>　　TL=TL′/(η c × j) （3-2）</p><p>　　根據(jù)計(jì)算所得的轉(zhuǎn)矩大小(即所要帶動(dòng)物體的扭力大小)，對(duì)照電機(jī)參數(shù)表來(lái)選擇哪種型

88、號(hào)的電機(jī)，一般而言，負(fù)載扭矩在1N·m以下選用42BYG以下的電機(jī)；負(fù)載扭矩介于1N·m與2N·m之間可選用57BYG或者60BYG；負(fù)載在2N·m以上的可考慮75BYG、86BYG，110BYG的扭力可達(dá)27N·m。</p><p>　　b)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是大家容易忽視的一個(gè)參數(shù)，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小跟其法蘭盤(pán)和機(jī)身長(zhǎng)度成正比，電機(jī)轉(zhuǎn)子越大其轉(zhuǎn)動(dòng)慣

89、量也越大。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越小，其啟動(dòng)速度越快，高速性能也越好；在負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大的應(yīng)用場(chǎng)合，大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的電機(jī)在啟動(dòng)和停止的時(shí)候均具有較好的平穩(wěn)性，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量太小的電機(jī)在停止的時(shí)候甚至出現(xiàn)過(guò)沖的現(xiàn)象（無(wú)法正常定位）。 </p><p>　　c)相電感與矩頻特性：步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩并不同于伺服電機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比，步進(jìn)電機(jī)在低速(每分鐘幾百轉(zhuǎn)或更低轉(zhuǎn)速)，其輸出轉(zhuǎn)矩較大，在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)矩(1

90、000轉(zhuǎn)/分--9000轉(zhuǎn))就很小了。當(dāng)然，有些工況環(huán)境需要高速電機(jī)，就要對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的線圈電阻、電感等指標(biāo)進(jìn)行衡量。選擇電感稍小一些的電機(jī)，作為高速電機(jī)，能夠獲得較大輸出轉(zhuǎn)矩。反之，要求低速大力矩的情況下，就要選擇電感在十幾或幾十mH,電阻也要大一些為好。 </p><p>　　3.4.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇</p><p>　　在這里選擇無(wú)錫惠斯通電機(jī)科技有限公司的57BYGH7

91、48ZQ帶行星齒輪減速器的步進(jìn)電機(jī)。具體參數(shù)為步距角1.8、機(jī)身長(zhǎng)L2為76mm、相電壓為3V、相電流為3安培、相電阻為1歐姆、相電感為4.5mH、靜力矩為16kg·cm、引線數(shù)為4個(gè)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為0.3kg·cm·cm、減速比為1:18、減速機(jī)長(zhǎng)L1為55mm、傳動(dòng)效率η為81%。</p><p>　　3.5 光柵位移傳感器介紹與選擇</p><p>　　光柵

92、位移傳感器（又稱光柵尺）一般是利用刻在某種載體（如玻璃、晶態(tài)陶瓷或鋼帶等）上的隔柵，作為測(cè)量的基準(zhǔn)。其工作原理是利用感知光度變化的光電池掃描的方法進(jìn)行測(cè)量。一般光柵尺載體和指示光柵上每毫米刻有25線或50線。光線投射到已調(diào)整好的光柵上時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生摩爾條紋圖像，當(dāng)光柵尺移時(shí)，圖像的光強(qiáng)度將發(fā)生周期性的變化，這種變化被光電池接受后，經(jīng)電子信號(hào)處理，便可達(dá)到檢測(cè)位移量的目的。一般光柵尺利用兩路光電池輸出兩路正弦波或方波信號(hào)，檢測(cè)兩路信號(hào)的相位

93、差，可知光柵尺的運(yùn)動(dòng)方向。光柵尺所檢測(cè)的是相對(duì)位移，或稱為增量式位移檢測(cè)。但在實(shí)際應(yīng)用中，都需要一個(gè)絕對(duì)的基準(zhǔn)點(diǎn)，一般是在光柵尺上每隔50或100mm 刻有一個(gè)絕對(duì)參考標(biāo)記，以便達(dá)到基準(zhǔn)點(diǎn)準(zhǔn)確的目的。光柵尺位移傳感器按照制造方法和光學(xué)原理的不同，分為透射光柵和反射光柵。 </p><p>　　光柵尺位移傳感器是有標(biāo)尺光柵（主光柵）和指示光柵兩部分組成。標(biāo)尺光柵一般固定在機(jī)床活動(dòng)部件上，光柵讀數(shù)頭裝在機(jī)床

94、固定部件上，指示光柵裝在光柵讀數(shù)頭中。光柵檢測(cè)裝置關(guān)鍵部分是光柵讀數(shù)頭，它由光源、會(huì)聚透鏡、指示光柵、光電元件及調(diào)整機(jī)構(gòu)等組成。光柵讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)形式很多，根據(jù)讀數(shù)頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用場(chǎng)合分為直接接收式讀數(shù)頭(或稱硅光電池讀數(shù)頭、鏡像式讀數(shù)頭、分光鏡式讀數(shù)頭、金屬光柵反射式讀數(shù)頭）原理圖如圖3-2所示</p><p>　　圖3-2 光柵傳感器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　莫爾條紋的形成：以透射光柵為

95、例，當(dāng)指示光柵上的線紋和標(biāo)尺光柵上的線紋之間形成一個(gè)小角度θ，并且兩個(gè)光柵尺刻面相對(duì)平行放置時(shí)，在光源的照射下，位于幾乎垂直的柵紋上，形成明暗相間的條紋。這種條紋稱為“莫爾條紋” 如圖3-3所示。嚴(yán)格地說(shuō)，莫爾條紋排列的方向是與兩片光柵線紋夾角的平分線相垂直。莫爾條紋中兩條亮紋或兩條暗紋之間的距離稱為莫爾條紋的寬度，以W表示。</p><p>　　圖3-3 莫爾條紋形成的原理</p><p&

96、gt;　　在這里選擇由深圳市精測(cè)儀器有限公司生產(chǎn)的PLC 24VJC824 光柵位移傳感器，具體參數(shù)如表3-1所示:</p><p>　　表3-1 光柵位移傳感器技術(shù)規(guī)格</p><p>　　光柵位移傳感器的脈沖信號(hào)周期如下圖3-4所示，TTL信號(hào)波形圖如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-4 脈沖信號(hào)周期</p><p>　　信號(hào)周期

97、 </p><p>　　A相 24</p><p><b>　　V</b></p><p>　　B相90゜相位差 </p><p>

98、<b>　　Z相</b></p><p>　　圖3-5 TTL信號(hào)波形</p><p>　　光柵尺A、B兩路信號(hào)輸出具有90度相位差，從而判斷光柵尺的位移方向。選擇1um的分辨率，則位移量=脈沖數(shù)×脈沖當(dāng)量 即位移量=脈沖數(shù)×4um。光柵位移傳感器的接口圖如圖3-6所示。</p><p>　　圖3-6 電氣接口圖</

99、p><p>　　這里選擇不帶參考點(diǎn)、適用于RS-232接口、TTL方波信號(hào)輸出的接口電路。</p><p>　　3.7壓力傳感器的介紹與選擇</p><p>　　壓力傳感器是測(cè)試技術(shù)、儀器儀表控制等方面普遍使用的傳感器，它的廣泛應(yīng)用于</p><p>　　各種工業(yè)自控環(huán)境。壓力傳感的種類繁多，工作原理各不相同，本文采用的是應(yīng)變片壓</p&g

100、t;<p>　　力傳感器。使用特殊的粘和劑將應(yīng)變片與產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變的基體緊密地粘合，基體受外力</p><p>　　作用產(chǎn)生應(yīng)力變化，促使電阻應(yīng)變片形變，阻值發(fā)生對(duì)應(yīng)變化，電阻上的電壓值伴隨著</p><p>　　變化。實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)變片的一系列變化程度很小，所以要將應(yīng)交片組成應(yīng)變電橋，經(jīng)</p><p>　　過(guò)信號(hào)放大處理后，最后傳輸給控制器。本文選用

101、的壓力傳感器輸出信號(hào)為模擬電壓信</p><p>　　號(hào)，所以需要電壓式壓力變送器對(duì)輸出信號(hào)做相應(yīng)的處理在傳輸給PLC。</p><p>　　這里選用天津市麗景微電子設(shè)備有限公司生產(chǎn)的STP型S型測(cè)力傳感器，具有結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，拉、壓力均可綜合精度高，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，鋁制材質(zhì)，表面陽(yáng)極化處理，適用于吊鉤秤、機(jī)電結(jié)合秤、料斗秤、料罐秤、包裝秤、配料稱重控制、定量給料機(jī)、灌裝機(jī)、通用材料試驗(yàn)

102、機(jī)、力的監(jiān)控及測(cè)量。</p><p>　　在這里選額定載荷為5Kg的S型測(cè)力傳感器其電氣原理圖如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7 傳感器電氣原理</p><p>　　壓力傳感器的技術(shù)參數(shù)包括額定載荷、額定輸出、零點(diǎn)平衡、綜合誤差、蠕變、正常工作溫度、允許工作溫度、溫度對(duì)零點(diǎn)影響、推薦激勵(lì)電壓、最大激勵(lì)電壓、輸入阻抗、輸出阻抗、絕緣阻抗、安全過(guò)載、極限過(guò)載

103、、彈性元件材料、防護(hù)等級(jí)、電纜線長(zhǎng)度、接線方式。具體參數(shù)如圖3-8所示。</p><p>　　圖3-8 傳感器技術(shù)參數(shù)</p><p><b>　　4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 皮革檢測(cè)儀方案的確定</p><p>　　根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求與工作原理，本皮革性能指標(biāo)檢測(cè)儀主要由機(jī)架、控制單元、步<

104、;/p><p>　　進(jìn)電機(jī)、減速器、傳感器、皮革夾具、工作臺(tái)、顯示器等組成?；谄じ锏娜N力學(xué)性能測(cè)試特點(diǎn)，配套三種功能的測(cè)頭與皮革夾具j在通用的工作臺(tái)上更換三種皮革夾持裝置，同時(shí)更換測(cè)頭，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)三種皮革力學(xué)性能的測(cè)試，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多功能的設(shè)計(jì)目標(biāo)。便于對(duì)設(shè)計(jì)方案的理解，下面繪制設(shè)計(jì)方案的框圖4—1。</p><p>　　圖4-1 設(shè)計(jì)方案框圖</p><p>　　4.

105、2 控制器的介紹與選擇</p><p>　　可編程控制器（Programmable Logic Controller， PLC）是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，是為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而專門設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)，主要用于代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。它具有PID、A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)字量智能控制、監(jiān)控及通信聯(lián)網(wǎng)等多方面的功能，PLC已經(jīng)逐漸變成了一種實(shí)際意義上的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它廣泛應(yīng)用于機(jī)電控制、電氣控制、數(shù)據(jù)采集

106、等多個(gè)領(lǐng)域，還具有豐富的輸入/輸出接口和網(wǎng)絡(luò)通信能力、較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力等。</p><p>　　目前，PLC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、交通、化工、紡織、塑膠、電力、機(jī)械制造和文化娛樂(lè)等各行各業(yè)。</p><p>　　4.2.1 PLC的種類和選擇</p><p>　　國(guó)內(nèi)比較常用的PLC品牌有施耐德、西門子、歐姆龍、三菱和臺(tái)達(dá)等幾十種到上百種PLC。PLC按照組

107、織結(jié)構(gòu)分為一體化整體式和結(jié)構(gòu)化模塊式。一體化整體式PLC的特點(diǎn)是PLC電源、中央處理器（CPU）和I/O接口都集成在一個(gè)機(jī)殼里，不能拆分配置，采用的是整體密封，一般適用于低端用戶和小型系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)化模塊式PLC的特點(diǎn)是將PLC電源、中央處理器（CPU）和I/O接口部分分別制作成模塊，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上是相互獨(dú)立的，在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行配置和選擇。PLC的主要特點(diǎn)是在制造時(shí)采取了一系列抗干擾措施，具有很高的可靠性，PLC用戶程序是

108、在PLC監(jiān)控程序的基礎(chǔ)上運(yùn)行的，軟件方面的抗干擾措施在監(jiān)控程序里已經(jīng)考慮得十分周全。</p><p>　　西門子PLC與其它的PLC相比，指令采用功能塊，更通俗易懂。在模擬量的輸出和讀取上要簡(jiǎn)單的多，只需使用傳送命令就可以了，模擬量達(dá)寄存器在PLC中就相當(dāng)于一個(gè)普通的數(shù)據(jù)寄存器D，在脈沖輸出功能和可設(shè)置性更強(qiáng)大,更適合精確控制，通信能力更強(qiáng)大，擴(kuò)展能力和適用性更強(qiáng)，更多的智能模塊可以更廣泛的應(yīng)用于各種行業(yè)，例如稱