磁致伸缩位移传感器在精密注塑机上的应用

精密注塑成型是用控制精密螺杆的运动来间接控制模腔送料的速度和压力，以确保成品的质量。产品质量不仅体现在外形尺寸上，同样对制品的密度、应力，以及表面都有相应的要求。对于精密注塑机来说，位移控制无疑是重要的一部分，它直接影响塑料制品的质量，而由其表征的速度也关系着制品的内在品质和生产效率。比如在射胶时，用于控制射胶螺杆的位移来控制熔融物料的用量，以保证精密注塑计量准确; 准确控制开锁模是精密注塑的必要条件，若位置不够准确，则可能产生不完全合模，不能完成注塑。此外，为了得到密度均匀，应力小的塑料制品，必须严格控制速度来满足注塑工艺要求。如必须在熔融状态将物料快速充满整个模腔，如果此时射胶速度变慢，充模时间长，制品容易产生冷接缝，密度不均，应力大等缺陷。但是，若是射胶速度过快，熔融物料容易在浇注口处形成不规则的流动，并造成空气吸入和排气不良等现象而直接影响制品的表面质量。因此，有效控制注射位置及其表征的速度对于精密注塑来说是非常重要的。 然而，对于传统的注塑机来说，位移传感器往往采用电子尺，其原理与电位器相似，其结构简单，易于实现，故广泛用于注塑机上。但电子尺的参考电压将直接影响信号精度，在注塑加工现场，会有复杂的电磁和电压波动干扰，对测量精度影响甚大; 另一方面，对于大型注塑机，须配备的电子尺必定很长，有的长达 2 500 mm，甚至更长。对于精密注塑机来说，位移控制精度要达到 0． 01 ～ 0． 1 mm，这里以1 000 mm的尺子为例，对应电压值为 0． 5 mV，这样就提高了AD 采样分辨率的要求，增加了 PCB 布线的难度，同时对电源也提出了更高的要求。此外，传统注塑机的位置尺还存在稳定性差、重复性差、易磨损、安装复杂等问题。因此，将非接触式的磁致伸缩式位移传感器应用于注塑机，可以实现大尺度范围内的精密测量，同时该传感器还配备有CAN，SSI 等数字接口，采用数字传输，上减少了精度在传输过程中的损失。1 磁致伸缩测量原理它利用 2 个不同的磁场相交产生一个应变脉冲信号，然后，计算这个信号被探测所需要的时间周期，换算出准确的位置。这 2 个磁场一个来自传感器外面的活动磁铁，另一个来自传感器头部固有的电子部件产生的电流脉冲。当 2 个磁场相遇时，所产生的一个应变脉冲会以声波的固定速度返回电子部件的感测线圈，通过测量电流脉冲从产生到感测到返回的应变脉冲所需的时间，再乘以声波的速度，便能准确地计算出位置磁铁的变动。利用此法所得的是位置读数，免除了放大器环节，因而不存在信号漂移或变值的情况，而且不需要定期重新标定。同时，非接触式的测量消除了机械磨损的问题，保证了的重复性和持久性。此外，该传感器非常适合在内置高压的液压或气动环境中使用，具有很强的抗震性能，且测量误差为 50 μm，整体线性度不超过 10 μm，且采用数字接口传输，提高了数据传输的抗干扰性能。不仅如此，该传感器兼具测量速度的功能，为注塑过程的速度控制提供了方便，并节省 CPU 的处理时间。2 系统总体框架与硬件设计2． 1 系统总体框架注塑机控制系统采用 ARM + DSP 双核控制，ARM 负责人机交互，DSP 负责底层实际控制。位移传感器具有模拟电压信号，SSI 和 CAN 等数字接口，本系统采用 CAN 接口，使 DSP 与多路位移传感器构成 CAN 总线 络，通过编程可以实现对相应的位移进行定时采样，设置零点等，为注塑机精密控制提供了足够的采样精度。 位移传感器将注塑过程中的位置、速度信号，如开模位置、开模速度、射胶位置、射胶速度等转换为数字信号，通过 CAN 接口送入 DSP 控制器。DSP 将位置信号通过串口发送给上位机进行实时显示，同时，根据传感器输出的位移和速度数据，控制 DA 输出和相应的开关输出，进而改变液压阀，从而达到位移和速度控制的目的。本系统中的微处理器采用 Ti 的 DSP 和 Atmel 的 ARM构成上、下位机系统。下位机系统以高性能的 DSP 为核心控制器，主频可达 150 MHz，并通过 16 位 AD，DA 转换芯片来实现系统的高精度、高速度。上位机系统以 ARM 为核心，提供键盘，显示屏等人机接口，方便用户操作。此外，系统外扩以 I2 C 接口的 EEPROM 用于存储用户数据和系统参数，包括位置传感器零点、使用量程及其他注塑过程参数等，这些参数皆可以通过用户界面进行修改。