模切機(jī)實(shí)驗(yàn)臺(tái)背景材料

編號(hào)密級(jí)北京印刷學(xué)院教委面上研究項(xiàng)目申請(qǐng)書項(xiàng)目名稱：氣液增壓式模切機(jī)的數(shù)字化壓力測(cè)控技術(shù)研究申請(qǐng)人：趙世英所在單位：信息與機(jī)電工程學(xué)院申請(qǐng)日期：填表說明1、填寫申請(qǐng)書前，請(qǐng)閱讀北京印刷學(xué)院科研項(xiàng)目管理辦法。2、以Word文檔形式錄入，用A4紙付印一式二份，分別于左側(cè)裝訂成冊(cè)，二.立項(xiàng)依據(jù)1、墻板；2、上平臺(tái)；3、下平臺(tái)；4、導(dǎo)向塊；5、驅(qū)動(dòng)桿；6、上支撐架；7、氣液增壓工作缸；8、下支撐架；9、伺服閥；10、12、14、17、節(jié)流閥；11、油管；13、增壓缸；15、預(yù)壓缸；16、油壓柱；18、第一電磁閥；19、第二電磁閥；20、氣管本項(xiàng)目研究的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)；研究的實(shí)際意義和理論意義；對(duì)學(xué)校學(xué)科建設(shè)和研究隊(duì)伍建設(shè)的作用。項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容和意義本項(xiàng)目是在我校研發(fā)的氣液增壓式模切機(jī)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)基礎(chǔ)上，結(jié)合模切工藝壓力加工的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并開發(fā)實(shí)時(shí)在線的數(shù)字化模切壓力測(cè)控系統(tǒng)。借助LabVIEW虛擬儀器圖形化編程軟件，利用現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)，有效直觀地對(duì)模切機(jī)構(gòu)工作特性參數(shù)進(jìn)行信號(hào)采集、分析和控制輸出，實(shí)現(xiàn)模切壓力調(diào)節(jié)過程尤其是加壓過程的數(shù)字化、自動(dòng)化和可視化。最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，給出常用模切材料的模切壓力修正系數(shù)。研究成果能夠大幅度提高模切壓力調(diào)節(jié)精度、效率和安全性，有效降低生產(chǎn)成本，延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命，推動(dòng)氣液增壓式模切設(shè)備的數(shù)字化、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。該試驗(yàn)裝置經(jīng)改裝可以應(yīng)用到其他“機(jī)一電一氣一液”一體化設(shè)備中，為傳統(tǒng)類型模切機(jī)壓力測(cè)試和技術(shù)改造提供技術(shù)支撐。1 .本項(xiàng)目研究的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)本項(xiàng)目是在我校研發(fā)的氣液增壓式模切機(jī)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)基礎(chǔ)之上，結(jié)合模切工藝壓力加工的特點(diǎn)，借助LabVIEW虛擬儀器圖形化編程軟件，開發(fā)并建成實(shí)時(shí)在線的數(shù)據(jù)采集與模切壓力測(cè)控系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)模切壓力調(diào)節(jié)過程尤其是加壓過程的數(shù)字化、自動(dòng)化和可視化。傳統(tǒng)模切機(jī)簡(jiǎn)介：利用鋼刀、鋼線排成模板，通過壓印版施加一定的壓力，將印品（或紙張）軋切成所要求的形狀的工藝過程，稱為模切壓痕。全自動(dòng)平壓平模切機(jī)主要用于紙箱、紙盒等印刷品的模切、壓痕工藝，是印后加工設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛的機(jī)種之一，它主要由輸紙系統(tǒng)、模切施壓機(jī)構(gòu)、收紙裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)、電控及自動(dòng)排廢等部分組成。圖1為具有自動(dòng)排廢功能的全自動(dòng)平壓平模切機(jī)簡(jiǎn)圖。圖1臥式全自動(dòng)平壓平模切機(jī)簡(jiǎn)圖其中模切施壓機(jī)構(gòu)是模切機(jī)上最主要的機(jī)構(gòu)，其性能的優(yōu)劣直接影響模切速度和精度。到目前為止，絕大多數(shù)型號(hào)的模切機(jī)仍然是使用機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的雙肘桿機(jī)構(gòu)作為施壓機(jī)構(gòu)（如圖2所示）。由于機(jī)械零部件較多，這種機(jī)構(gòu)在實(shí)際工作過程中存在著加工裝配難度大、容易磨損、噪聲較大等弊端，而且這種機(jī)械式的施壓機(jī)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)模切系統(tǒng)工作壓力的數(shù)字化控制。圖2雙肘桿機(jī)構(gòu)三維模型氣液增壓式模切機(jī)特點(diǎn)：鑒于上述傳統(tǒng)模切機(jī)機(jī)構(gòu)原理方面的不足，我校研發(fā)了一種新型的氣液增壓式模切機(jī)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的核心是氣液增壓系統(tǒng)（氣液增壓式模切機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示）。氣液增壓缸直接驅(qū)動(dòng)下平臺(tái)實(shí)現(xiàn)上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其最大輸出壓力可達(dá)600KN（約60噸）。氣液增壓系統(tǒng)有兩個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)，第一，預(yù)壓過程是一個(gè)由壓縮空氣控制的快速過程，這樣就能減少模切動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)間，有利于提高模切速度；第二，系統(tǒng)接觸模切材料是一個(gè)“軟到位”過程，傳動(dòng)過程比較平穩(wěn)，從而使模切上下平臺(tái)的沖擊減小，能夠有效地避免系統(tǒng)的振動(dòng)和噪聲。氣液增壓缸是綜合利用氣動(dòng)與液壓傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計(jì)的，它是一種利用低工作氣壓而獲得較大輸出作用力（約增大815倍）的特殊氣缸，最大6Kg壓縮空氣驅(qū)動(dòng)，即可達(dá)到1噸240噸沖壓力，無需液壓系統(tǒng)；它既利用了氣動(dòng)的低工作壓力及操作方便，又利用了液壓傳動(dòng)的平穩(wěn)性，因而同時(shí)具有氣動(dòng)及液壓的優(yōu)點(diǎn)。氣液增壓缸工作過程主要分為三個(gè)階段：氣動(dòng)的快進(jìn)行程、氣液增力的力行程、氣動(dòng)的返回行程。三階段工作過程的速度、工作壓力的大小與行程在規(guī)定范圍內(nèi)均可無級(jí)調(diào)節(jié)和控制；與同噸位氣缸或液壓系統(tǒng)相比，能耗極低，動(dòng)作頻次高。氣液增壓系統(tǒng)作為一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)是通過氣動(dòng)系統(tǒng)的控制回路來完成的，系統(tǒng)控制回路如圖4所示。在本系統(tǒng)中，通過兩位三通電磁閥A、兩位五通電磁閥B和兩位兩通電磁閥C的控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣動(dòng)系統(tǒng)的回路控制，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)空行程和增壓行程的壓力與速度的人工調(diào)節(jié)，但還不能實(shí)現(xiàn)調(diào)壓過程的數(shù)字化和自動(dòng)化，也不能實(shí)時(shí)記錄和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖4氣液增壓系統(tǒng)控制回路模切壓力對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響：模切壓力的大小是模切機(jī)工作性能的一個(gè)重要參數(shù)，它直接影響著模切壓痕質(zhì)量。根據(jù)國(guó)標(biāo)規(guī)定，每臺(tái)平壓平模切壓痕機(jī)都有額定最大工作壓力，生產(chǎn)過程中模切機(jī)的實(shí)際工作壓力不能超過額定最大工作壓力。模切壓力主要來源于兩個(gè)方面：一是加載過程中鋼線對(duì)紙板塑性壓痕受到的阻力；二是加載中鋼刀切透紙板，壓在承印臺(tái)上變形產(chǎn)生的壓力。這兩個(gè)方面的合力便是模切機(jī)所受到的總的工作阻力，也就是模切壓力。模切壓力過小，鋼刀不能切斷紙板，壓痕也會(huì)過淺，紙盒將無法成型；模切壓力過大，鋼刀容易變形，刀刃變鈍，影響模切精度，甚至在下平臺(tái)上切出很深的刀痕，可能使痕線爆裂，嚴(yán)重影響模壓版的使用壽命。所以，理想的模切壓力就是調(diào)整到在機(jī)器實(shí)際壓力最小的情況下能使各切口的廢邊剛好分離，這樣模切刀不易磨損，成品的切口邊干凈整齊、易于清廢。為了盡可能地以最小的壓力來完成模切，需要反復(fù)調(diào)節(jié)模切壓力，對(duì)生產(chǎn)效率造成很大影響。模切工藝過程中確定模切壓力的方法目前確定模切機(jī)實(shí)際所需工作壓力的方法有兩種：理論法和實(shí)驗(yàn)法。模切壓力的理論計(jì)算公式如下：FKA（1）公式（1）中：F為模切所需要的力；為模切中單位面積剪切應(yīng)力值；A為模切分離面的實(shí)際面積，可根據(jù)模切材料厚度和周長(zhǎng)來計(jì)算；K為考慮模壓過程的實(shí)際條件和各項(xiàng)技術(shù)因素影響的系數(shù)。公式（1）只能計(jì)算模切力，不能計(jì)算壓痕力，公式中K值與值的影響因素太多，不易確定具體數(shù)值，因此通過公式（1）很難準(zhǔn)確的計(jì)算出模切壓力。實(shí)驗(yàn)法是指首先確定各單位長(zhǎng)度上的模切力P的數(shù)值，然后再計(jì)算模切壓力F的大小。可用下式計(jì)算。FKLP（2）式中：F為模切壓力；L為模切周邊總長(zhǎng)（包括切口和壓線）；P為單位長(zhǎng)度切口和壓線的模切力，P的值和紙張材料有關(guān)；K為考慮實(shí)際生產(chǎn)中各種不利因素的修正系數(shù)（一般取1.2或1.3）。由于材料和工作環(huán)境的不同，P和K都不是恒定的，只能采用經(jīng)驗(yàn)值，這就降低了公式（2）的準(zhǔn)確性。實(shí)際生產(chǎn)中模切壓力調(diào)節(jié)與控制方法實(shí)際生產(chǎn)中模切壓力的確定通常由試切法得到。首先通過公式（2）估計(jì)一個(gè)理論壓力值，通過模切機(jī)壓力調(diào)節(jié)機(jī)械裝置進(jìn)行整體調(diào)壓（粗調(diào)和微調(diào)），然后通過局部加襯墊的方式進(jìn)行局部調(diào)壓。壓力調(diào)節(jié)裝置即調(diào)節(jié)上、下平臺(tái)之間距離，使壓力增大或減小。傳統(tǒng)模切機(jī)常見的是利用位于機(jī)器下部或上部的楔形板來調(diào)節(jié)模切壓力。模切壓力的粗調(diào)是根據(jù)公式（2）計(jì)算得到的理論壓力值進(jìn)行加壓，初設(shè)壓力值不要過大，一般將初壓設(shè)置在理論值的60%;通過機(jī)械式調(diào)壓裝置逐步增壓，壓力增長(zhǎng)率控制在設(shè)備最大額定壓力的5%10%;當(dāng)模切產(chǎn)品模切位置有2/3的位置達(dá)到了模切效果要求，粗調(diào)就可以結(jié)束了。接下來進(jìn)行整體壓力微調(diào)，壓力增長(zhǎng)率控制在設(shè)備最大額定壓力的1%以內(nèi)，在90%左右的鋼刀和鋼線實(shí)現(xiàn)正常模切后，微調(diào)結(jié)束，即整體調(diào)壓結(jié)束。接下來進(jìn)入局部調(diào)壓階段，直至模切盒型能夠正常分離。由于傳統(tǒng)模切機(jī)壓力控制面板中顯示的讀數(shù)不是實(shí)際模切壓力值，而是額定最大模切壓力的百分率，該百分率實(shí)際反映的是調(diào)壓機(jī)構(gòu)行程的大小。但是模切壓力與調(diào)壓機(jī)構(gòu)行程并不是簡(jiǎn)單線性關(guān)系，這就造成加壓控制精度較差。該壓力調(diào)節(jié)方法比較耗時(shí)、耗力，對(duì)操作者的要求很高。如果初壓壓力過大很容易造成模切版的損壞，如果壓力太小需要反復(fù)試驗(yàn)才能達(dá)到額定值，從而降低了生產(chǎn)效率。模切壓力研究現(xiàn)狀國(guó)外生產(chǎn)平壓平模切機(jī)的廠商很多，早在上世紀(jì)60年代他們就開始將先進(jìn)的設(shè)計(jì)理論用于實(shí)際產(chǎn)品研發(fā)，研發(fā)技術(shù)以及制造水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)。在當(dāng)今國(guó)際市場(chǎng)上比較有代表性的有瑞士BOBST公司、德國(guó)JAGENBERG公司以及西班牙舊ERICA公司等，其中瑞士博斯特（BOBST）公司生產(chǎn)的模切機(jī)代表了當(dāng)今世界最高水平，具產(chǎn)品在世界模切機(jī)市場(chǎng)上占有很高的份額，成為高端模切機(jī)產(chǎn)品的代表。目前我國(guó)模切機(jī)制造水平還相當(dāng)落后，模切速度、模切精度、機(jī)械系統(tǒng)穩(wěn)定性等主要技術(shù)指標(biāo)與國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品還存在一定的差距。因此有必要對(duì)模切機(jī)模切壓力進(jìn)行深入、系統(tǒng)的研究，為新型模切機(jī)的研發(fā)奠定理論基礎(chǔ)，提高模切機(jī)科技含量，縮短與國(guó)外先進(jìn)模切機(jī)的差距。模切壓力直接測(cè)量法（離線測(cè)量法）由于所測(cè)的壓力很大，一般的壓力傳感器很難達(dá)到要求。模壓版與下平臺(tái)之間的力并不是均勻分布，一般集中在鋼刀、鋼線附近。為獲得較準(zhǔn)確的模切版全幅面壓力分布數(shù)據(jù)，可以采用富士壓力測(cè)試系統(tǒng)來完成對(duì)模切壓力的直接測(cè)量（離線測(cè)量法）。富士壓力測(cè)試系統(tǒng)由富士壓力測(cè)試紙（感壓紙）、EPSONPerfectionV300掃描儀和富士壓力圖像分析系統(tǒng)三部分組成。富士壓力測(cè)試紙有兩種類型：?jiǎn)纹秃碗p片型。雙片型由兩層復(fù)合而成，分別是帶有顯色材料的微顆粒層和成色層。而單片型同時(shí)擁有這兩層。其基本原理是：當(dāng)壓力受壓時(shí)，微型顆粒破裂，與成色層起反應(yīng)，紅色的斑點(diǎn)就顯示在測(cè)試紙上，調(diào)整微顆粒在不同壓力下破裂，就可以獲得廣泛壓力范圍的壓力值，壓力值越大，顏色越深。富士壓力測(cè)試系統(tǒng)的使用方法如圖5所示：掃描受過壓力的富士壓力測(cè)試紙，使用富士壓力圖像分析軟件FPD-8010E對(duì)掃描圖像進(jìn)行分析，得出模切壓力。圖5富士壓力測(cè)試系統(tǒng)使用方法為了測(cè)量更加精確，測(cè)試紙的幅面最好略大于模壓版的幅面。圖6為測(cè)試紙的安裝示意圖。從圖6中可以看出：上平臺(tái)所受到的力就等于模切壓力F,如果測(cè)試紙的幅面小于模壓版的幅面，測(cè)出的力將小于模切壓力F;測(cè)試紙應(yīng)固定在模壓版的背面，如果將測(cè)試紙固定在模壓版與下平臺(tái)上表面之間，測(cè)試紙很有可能被鋼刀切斷。按照?qǐng)D4-3所示安裝測(cè)試紙，裝上模壓版，上紙完畢后開機(jī)并點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行。通過模切機(jī)的機(jī)械調(diào)壓裝置進(jìn)行調(diào)壓，即調(diào)節(jié)上、下平臺(tái)之間的距離使壓力增大或減小。掃描受過壓力的測(cè)試紙，使用圖像分析軟件FPD-8010E對(duì)掃描圖像進(jìn)行分析，得到模切壓力（密度）分布圖和模切壓力數(shù)據(jù)表。通過分析可知：模切壓力并不是均勻分布的，一般來說，刀線以及痕線附近會(huì)有應(yīng)力集中，空白區(qū)域受力相對(duì)較小，刀線以及痕線越密集，上平臺(tái)相應(yīng)的部位受力越大。上述直接測(cè)試方案操作簡(jiǎn)單，能夠比較準(zhǔn)確的測(cè)量出模切壓力的大小，但是該方法只能測(cè)出模切過程中的最大壓力值，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)模切壓力調(diào)整過程的動(dòng)態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)顯示。因此，這種直接測(cè)試方法的應(yīng)用有一定的局限性。模切壓力間接測(cè)量法(在線測(cè)量法)隨著現(xiàn)代機(jī)械測(cè)試技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)一些科研機(jī)構(gòu)開始嘗試將先進(jìn)測(cè)試技術(shù)運(yùn)用到模切壓力檢測(cè)方面，并取得了一定的成果。西安理工大學(xué)通過對(duì)墻板進(jìn)行有限元分析得出模切壓力與墻板變形之間的函數(shù)關(guān)系，然后通過測(cè)量墻板變形量，間接實(shí)現(xiàn)對(duì)模切壓力的在線測(cè)試；天津長(zhǎng)榮印刷設(shè)備股份有限公司最新推出的MK1060MF型平壓平自動(dòng)清廢模切機(jī)設(shè)有壓力過載保護(hù)單元，該單元采用進(jìn)口壓力傳感器檢測(cè)墻板變形，當(dāng)超過最大壓力時(shí)立即報(bào)警，提高了機(jī)器安全性。令人遺憾的是，上述壓力測(cè)試方法并未在企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，因?yàn)樗嬖诤芏啾锥耍旱谝?，墻板變形除了受模切壓力影響外，還受墻板材料、結(jié)構(gòu)尺寸、聯(lián)接方式等因素影響，止匕外，通過有限元分析得出的函數(shù)關(guān)系式與實(shí)際是有差別的，因此墻板變形量與模切壓力之間的函數(shù)關(guān)系式很難確定；第二，在模切壓力的作用下，墻板雖然發(fā)生變形，但是變形量很小，并且模切機(jī)在工作過程中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，因此很難實(shí)現(xiàn)對(duì)墻板變形量的精確測(cè)量；第三，由于所測(cè)模切壓力很大，墻板變形量很小，國(guó)產(chǎn)壓力傳感器或位移傳感器很難達(dá)到要求，一般需要從國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格比較昂貴；第四，測(cè)試結(jié)果的精確度無法評(píng)估。數(shù)字化模切壓力測(cè)控系統(tǒng)特點(diǎn)綜上所述，目前圍繞模切壓力已進(jìn)行了很多研究，取得了不少成果，但是就目前的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀來看，還沒有實(shí)現(xiàn)對(duì)模切機(jī)工作壓力的數(shù)字化精確控制。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)模切壓力的在線實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)試，本項(xiàng)目在氣液增壓式模切樣機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)上，基于虛擬儀器技術(shù)開發(fā)一種新型模切壓力測(cè)控系統(tǒng)。所謂虛擬儀器，是指在以計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，其功能由用戶設(shè)計(jì)和定義，具有虛擬面板，具測(cè)試功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。虛擬儀器的實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)顯示器的顯示功能來模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式表達(dá)輸出結(jié)果；利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析和處理；利用I/0接口設(shè)備完成信號(hào)的采集、處理與控制，從而完成各種測(cè)控功能的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。虛擬儀器概念是由美國(guó)國(guó)家儀器公司(NationalInstruments),即NI公司于1986年提出的。虛擬儀器實(shí)質(zhì)上是一種創(chuàng)新的儀器設(shè)計(jì)思想，而非一種具體的儀器。虛圖6模切施壓機(jī)構(gòu)中的感壓紙安裝示意圖擬儀器可以有各種各樣的形式，完全取決于實(shí)際的物理系統(tǒng)和構(gòu)成儀器數(shù)據(jù)采集單元的硬件類型。虛擬儀器由測(cè)控儀器硬件平臺(tái)和應(yīng)用軟件兩大部分構(gòu)成。其中硬件的主要功能是獲得真實(shí)世界中的被測(cè)信號(hào)，而軟件的作用是控制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析、處理、顯示，并將其集成為儀器操作與運(yùn)行的命令環(huán)境。從構(gòu)成和功能上來說，虛擬儀器就是利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)，配上相應(yīng)的硬件和專用軟件，從而形成既有普通儀器的基本功能，又有一般儀器所沒有的特殊功能的高檔低價(jià)的新型儀器；從使用上說，虛擬儀器利用強(qiáng)大的圖形化開發(fā)環(huán)境，建立直觀、靈活、快捷的虛擬儀器面板(即軟面板)，可以有效地提高儀器的使用效率。虛擬儀器是當(dāng)前測(cè)控領(lǐng)域的技術(shù)熱點(diǎn)，它代表了未來虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展方向。而LabVIEW是世界上最優(yōu)秀的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)。NI公司于1986年10月正式推出了LabVIEW1.0版，產(chǎn)品命名來自LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench便驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái))的首字母組合。使用LabVIEW開發(fā)虛擬儀器最大的優(yōu)勢(shì)在于能夠極大的提高系統(tǒng)開發(fā)的效率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用LabVIEW開發(fā)虛擬儀器比使用基于文本語言的開發(fā)效率可以提高1015倍，程序的執(zhí)行速度卻幾乎不受影響；同時(shí)在信號(hào)處理等方面的強(qiáng)大功能也是組態(tài)軟件所不能比擬的?！败浖褪莾x器”的思想反映了虛擬儀器系統(tǒng)在功能開發(fā)上對(duì)軟件的依賴，因此軟件的開發(fā)是虛擬儀器開發(fā)的核心內(nèi)容。LabVIEW提供了一種全新的程序編寫方法，編程的過程即為“虛擬儀器”的軟件對(duì)象進(jìn)行圖形化組合的操作過程。利用LabVIEW可通過交互式的圖形前面板進(jìn)行系統(tǒng)控制和結(jié)果顯示，通過組合所需的框圖模塊來指定各種功能，這樣構(gòu)成的系統(tǒng)能夠?qū)ι锨ХN設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。完成數(shù)據(jù)采集后，可利用LabVIEW功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析程序，得到所需的測(cè)控結(jié)果。由于LabVIEW程序語言具有友好的界面、高效的編程，因而在測(cè)控等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。虛擬儀器的特點(diǎn)可以概括為以下四個(gè)方面：(1)豐富和增強(qiáng)了傳統(tǒng)儀器的功能充分利用了計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理、傳輸和發(fā)布能力，使得系統(tǒng)的組建變得更加靈活和簡(jiǎn)單，可以輕松地獲得強(qiáng)大的測(cè)試系統(tǒng)。(2)突出軟件即儀器的新概念儀器的很多功能都是由軟件來實(shí)現(xiàn)的，用戶可以根據(jù)需要編制相應(yīng)的功能。(3)儀器由用戶自己定義用戶擁有極大的空間來開發(fā)自己的測(cè)試系統(tǒng)，不受廠家設(shè)定的限制。（4）便于構(gòu)建復(fù)雜的測(cè)試系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)性好虛擬儀器既可以作為測(cè)試儀器獨(dú)立使用，又可以通過高速計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成復(fù)雜的分布式測(cè)試系統(tǒng)，進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)試、監(jiān)控與故障診斷。止匕外，用基于軟件體系結(jié)構(gòu)的虛擬儀器代替基于硬件體系結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)儀器，可以大大節(jié)約儀器購買和維護(hù)費(fèi)用。虛擬儀器的崛起是測(cè)試儀器技術(shù)的一次“革命”，是儀器領(lǐng)域的一個(gè)新的里程碑，它使現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)更靈活、更緊湊、更經(jīng)濟(jì)、功能更強(qiáng)。無論是測(cè)量、測(cè)試、計(jì)量或是工業(yè)過程控制和分析處理，還是涉及其它更為廣泛的測(cè)控領(lǐng)域，選用虛擬儀器都是理想的解決方案。虛擬儀器技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家的應(yīng)用已非常普及，而我國(guó)發(fā)展還比較緩慢。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器最終將會(huì)取代大量的傳統(tǒng)儀器，成為測(cè)量、分析處理、控制等儀器的核心技術(shù)。本項(xiàng)目基于LabVIEW虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)地采集由壓力傳感器、信號(hào)調(diào)理電路處理后并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)。對(duì)獲取的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)和傳輸，并傳送至PC機(jī)。同時(shí)，系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)控制器控制氣液增壓系統(tǒng)壓力伺服閥，從而依據(jù)設(shè)定值自動(dòng)調(diào)節(jié)模切壓力，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。2 .研究的實(shí)際意義和理論意義作為模切機(jī)工作性能的一個(gè)重要指標(biāo)，模切壓力與工作速度、工作載荷、使用壽命等有著非常重要的關(guān)系。本項(xiàng)目在氣液增壓式模切樣機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)基礎(chǔ)之上，綜合并總結(jié)前期數(shù)字化驅(qū)動(dòng)技術(shù)（校級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目）和機(jī)機(jī)械一氣液”系統(tǒng)聯(lián)合仿真（校級(jí)一般項(xiàng)目）的研究成果，設(shè)計(jì)開發(fā)實(shí)時(shí)在線的數(shù)據(jù)采集與模切壓力測(cè)控系統(tǒng)。借助虛擬儀器LabVIEW圖形化編程軟件，利用現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)，有效直觀地對(duì)模切施壓機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性參數(shù)進(jìn)行信號(hào)采集、信號(hào)監(jiān)測(cè)、參數(shù)設(shè)置等處理；實(shí)現(xiàn)模切壓力調(diào)節(jié)過程尤其是加壓過程的數(shù)字化、自動(dòng)化和可視化。最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，給出常用模切材料的模切壓力修正系數(shù)，建立不同加工材料的修正系數(shù)對(duì)模切加工新產(chǎn)品有很大的幫助，可以準(zhǔn)確的判斷出模切所需的初壓力。與傳統(tǒng)的模切壓力檢測(cè)方法相比較，本項(xiàng)目所研究的測(cè)控系統(tǒng)具有檢測(cè)快捷、可靠，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，勞動(dòng)強(qiáng)度低，可有效測(cè)控模切壓力，提高新產(chǎn)品模切壓力設(shè)置效率。研究成果能夠填補(bǔ)我校在模切機(jī)壓力數(shù)字化測(cè)控技術(shù)研究方面的空白，大幅度提高模切壓力調(diào)節(jié)精度、效率和安全性，有效降低生產(chǎn)成本，節(jié)約實(shí)驗(yàn)材料，延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命、增加產(chǎn)品科技含量，推動(dòng)氣液增壓式模切設(shè)備的數(shù)字化、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。該試驗(yàn)裝置經(jīng)改裝可以應(yīng)用到其他“機(jī)一電一氣一液”一體化設(shè)備中，也可以為傳統(tǒng)類型的模切機(jī)調(diào)壓過程提供技術(shù)支撐。本測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用基于軟件體系結(jié)構(gòu)的虛擬儀器代替基于硬件體系結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)儀器，可以大大節(jié)約儀器購買和維護(hù)費(fèi)用。虛擬儀器利用強(qiáng)大的圖形化開發(fā)環(huán)境，建立直觀、靈活、快捷的虛擬儀器面板(即軟面板)，可以有效地提高儀器的使用效率。3.對(duì)學(xué)校學(xué)科建設(shè)和研究隊(duì)伍建設(shè)的作用本項(xiàng)目數(shù)字化、自動(dòng)化模切壓力控制方法的研究思路符合國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)中“積極發(fā)展綠色裝備”的發(fā)展要求。項(xiàng)目組成員是我校機(jī)械優(yōu)化與仿真技術(shù)、印刷裝備設(shè)計(jì)、液壓與氣壓傳動(dòng)、機(jī)械設(shè)備控制技術(shù)、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)等課程組成員，通過本研究項(xiàng)目，可以為以上課程提供來自本行業(yè)生產(chǎn)一線的教學(xué)素材與資源，密切教學(xué)與實(shí)踐應(yīng)用的關(guān)系，符合學(xué)以致用、加強(qiáng)實(shí)踐的高等教育改革方向；同時(shí)也為我校機(jī)械專業(yè)本科階段“數(shù)字化先進(jìn)制造技術(shù)”和機(jī)械電子工程專業(yè)研究生階段“印刷裝備檢測(cè)與故障診斷”等人才培養(yǎng)方向提供理論支撐和實(shí)踐平臺(tái)。我院現(xiàn)有“機(jī)械工程”一級(jí)學(xué)科，氣液增壓式模切機(jī)數(shù)字化壓力測(cè)控系統(tǒng)的研究，緊密貼合“機(jī)械電子工程”和“機(jī)械設(shè)計(jì)及理論”等二級(jí)學(xué)科中的“機(jī)電一體化”、“數(shù)字化虛擬樣機(jī)技術(shù)”、“印刷機(jī)械檢測(cè)與故障診斷”、“印刷包裝機(jī)械設(shè)計(jì)”、“印刷機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)及仿真”、“現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論及方法”等專業(yè)方向，有助于本專業(yè)研究生、本科生的培養(yǎng)。項(xiàng)目組成員通過本項(xiàng)目的工作，在現(xiàn)有知識(shí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，可以補(bǔ)充和豐富數(shù)字化控制系統(tǒng)和虛擬儀器開發(fā)等專業(yè)知識(shí)，增強(qiáng)數(shù)字化制造和印刷裝備檢測(cè)方向教師隊(duì)伍的學(xué)術(shù)厚度，進(jìn)一步提升科研與教學(xué)水平。三.研究?jī)?nèi)容項(xiàng)目研究的基本內(nèi)容，其中的突破和創(chuàng)新點(diǎn)1 .研究的基本內(nèi)容：(1)氣液增壓式模切機(jī)的壓力測(cè)控系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)和元器件選型。包括模切壓力檢測(cè)系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)，開發(fā)以微處理器為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)地采集由壓力傳感器、信號(hào)調(diào)理電路處理后并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)。對(duì)獲取的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)和傳輸，并傳送至PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。同時(shí),系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)控制器控制氣液增壓系統(tǒng)的壓力伺服閥，實(shí)現(xiàn)模切壓力的數(shù)字化調(diào)節(jié)，構(gòu)成閉環(huán)控制硬件系統(tǒng)。(2)壓力測(cè)控系統(tǒng)軟件部分和測(cè)試界面的開發(fā)和關(guān)鍵技術(shù)研究。采用模塊化方法設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)軟件部分，研究基于虛擬儀器Labview的測(cè)試界面的開發(fā)。通過LabVIEM面快速整定控制參數(shù)，得出系統(tǒng)響應(yīng)曲線，完成壓力控制系統(tǒng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性標(biāo)定。建立氣液增壓系統(tǒng)壓力(間接測(cè)試法)與實(shí)際模切工作壓力(直接測(cè)試法)函數(shù)映射關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，確定模切壓力控制算法。實(shí)現(xiàn)對(duì)模切工藝施壓過程的壓力檢測(cè)和壓力控制、顯示、保存，控制參數(shù)設(shè)置等功能。該系統(tǒng)主要完成輸出信號(hào)的編輯，信號(hào)輸入輸出的控制，波形顯示，信號(hào)存儲(chǔ)，信號(hào)分析及再現(xiàn)。(3)模切壓力測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在氣液增壓式模切實(shí)驗(yàn)樣機(jī)上對(duì)壓力測(cè)控系統(tǒng)工作過程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，檢驗(yàn)壓力測(cè)控系統(tǒng)能否達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，確定壓力測(cè)控系統(tǒng)的最佳工作參數(shù)，檢驗(yàn)前期建立的壓力測(cè)控系統(tǒng)理論模型和仿真研究是否正確。根據(jù)實(shí)驗(yàn)效果對(duì)模切壓力控制算法進(jìn)行修正。(4)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，總結(jié)該樣機(jī)模切版對(duì)常用模切材料的壓力修正系數(shù)。修正系數(shù)是一個(gè)可變值，主要用來彌補(bǔ)不同材料之間的差異和模切版加工精度之間的誤差。通過對(duì)同一材料進(jìn)行壓力測(cè)試的數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的模切效果進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)和分析，可以更為準(zhǔn)確地確定該材料的修正系數(shù)。這樣就能夠在新產(chǎn)品模切時(shí)，更合理地設(shè)置模切所需的初壓力，使其接近實(shí)際所需壓力值。(5)分析實(shí)驗(yàn)效果并對(duì)數(shù)字化模切壓力測(cè)控系統(tǒng)做出評(píng)價(jià)和結(jié)論。2 .突破與創(chuàng)新點(diǎn)：(1)與傳統(tǒng)的模切壓力檢測(cè)方法相比較，本項(xiàng)目所研究的測(cè)控系統(tǒng)具有檢測(cè)快捷、可靠，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，勞動(dòng)強(qiáng)度低，可有效測(cè)控模切壓力，提高新產(chǎn)品模切壓力設(shè)置效率。維持較低的實(shí)驗(yàn)成本和較高的實(shí)驗(yàn)效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、減少環(huán)境污染的綠色實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)。(2)項(xiàng)目研究成果將大幅度提高模切壓力調(diào)節(jié)精度和效率，有效降低生產(chǎn)成本，延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命、增加產(chǎn)品科技含量，推動(dòng)氣液增壓式模切設(shè)備的數(shù)字化、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。(3)本項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)首次將虛擬儀器開發(fā)技術(shù)應(yīng)用于模切壓力測(cè)控領(lǐng)域，研究成果能夠填補(bǔ)我校在模切機(jī)壓力數(shù)字化測(cè)控技術(shù)研究方面的空白。(4)本項(xiàng)目也是國(guó)內(nèi)首次在模切壓力控制領(lǐng)域采用直接測(cè)試與間接測(cè)試相結(jié)合，進(jìn)行閉環(huán)控制方式的研究和實(shí)踐。(5)本測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用基于軟件體系結(jié)構(gòu)的虛擬儀器代替基于硬件體系結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)儀器，可以大大節(jié)約儀器購買和維護(hù)費(fèi)用。使模切壓力控制變得更加容易操作和實(shí)施，確保了模切過程安全穩(wěn)定的生產(chǎn)，使模切壓力控制技術(shù)登上了一個(gè)新臺(tái)階。四.研究方案研究的思路和方法，采用的技術(shù)路線及研究關(guān)鍵；工作計(jì)劃及進(jìn)度；1.研究的思路和方法，采用的技術(shù)路線及研究關(guān)鍵項(xiàng)目研究的技術(shù)路線見圖7,模切壓力測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖8:(1)首先進(jìn)行氣液增壓式模切機(jī)的壓力測(cè)控系統(tǒng)的硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)。該硬件平臺(tái)包括模切壓力檢測(cè)平臺(tái)和模切壓力控制平臺(tái)兩部分。壓力檢測(cè)平臺(tái)主要包括氣液增壓系統(tǒng)壓力傳感器，模切機(jī)構(gòu)壓力、位移傳感器和數(shù)據(jù)采集裝置；壓力控制平臺(tái)主要包括壓力實(shí)時(shí)控制器和壓力伺服閥。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集測(cè)試數(shù)字信號(hào)，并傳送至PCL同時(shí)，通過實(shí)時(shí)控制器對(duì)模切壓力進(jìn)行數(shù)字化調(diào)節(jié)，構(gòu)成閉環(huán)控制硬件系統(tǒng)。(2)其次基于LabVIE怫擬儀器開發(fā)壓力測(cè)控軟件和操作界面。通過LabVIEW界面快速整定控制參數(shù)，得出系統(tǒng)響應(yīng)曲線，完成壓力控制系統(tǒng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性標(biāo)定。建立氣液增壓系統(tǒng)壓力與實(shí)際模切工作壓力函數(shù)映射關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，確定模切壓力控制算法。LabVIEW殳計(jì)的應(yīng)用程序分為前面板和程序框圖兩個(gè)部分。前面板是用戶接口，用于向程序中輸入各種控制參數(shù)，并以數(shù)字或圖形等各種方式輸出測(cè)試結(jié)果。LabVIEW有很豐富的控件庫，其中包括傳統(tǒng)儀器面板上的開關(guān)、旋鈕、表頭以及示波器等儀表面板部件。在進(jìn)行壓力測(cè)量時(shí)，必須對(duì)壓力測(cè)量裝置定期進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)標(biāo)定，從而得到輸出與輸入之間的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)關(guān)系。測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)該滿足如下要求：實(shí)現(xiàn)對(duì)模切壓力的計(jì)算機(jī)測(cè)控和數(shù)據(jù)處理；人機(jī)界面完善友好，實(shí)現(xiàn)操作界面圖形化；動(dòng)態(tài)顯示模切壓力一氣液系統(tǒng)壓力關(guān)系曲線、模切機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性曲線；實(shí)現(xiàn)必要的數(shù)據(jù)處理，測(cè)試結(jié)果的顯示與存儲(chǔ)，及其打印輸出。(3)模切壓力測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在氣液增壓式模切實(shí)驗(yàn)樣機(jī)上對(duì)壓力測(cè)控系統(tǒng)工作過程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，檢驗(yàn)壓力測(cè)控系統(tǒng)能否達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，確定壓力測(cè)控系統(tǒng)的最佳工作參數(shù)，檢驗(yàn)前期建立的壓力測(cè)控系統(tǒng)理論模型和仿真研究是否正確。根據(jù)實(shí)驗(yàn)效果對(duì)模切壓力控制算法進(jìn)行修正。(4)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)該樣機(jī)模切版對(duì)常用模切材料的壓力修正系數(shù)。(5)依據(jù)實(shí)驗(yàn)效果并對(duì)數(shù)字化模切壓力測(cè)控系統(tǒng)做出評(píng)價(jià)和結(jié)論。2.工作計(jì)劃及進(jìn)度：2013.12013.3,技術(shù)資料和產(chǎn)品信息調(diào)研，制訂氣液增壓式模切壓力數(shù)字化測(cè)控系統(tǒng)的總體規(guī)劃和研發(fā)方案。(2) 2013.4-2013.8,數(shù)字化壓力測(cè)控系統(tǒng)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)和元器件選型。(3) 2013.92013.12,壓力測(cè)控系統(tǒng)軟件部分和測(cè)試界面的開發(fā)和關(guān)鍵技術(shù)研究。(4) 2014.12014.5,壓力測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。檢驗(yàn)壓力測(cè)控系統(tǒng)能否達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，確定壓力測(cè)控系統(tǒng)的最佳工作參數(shù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)效果對(duì)模切壓力控制算法進(jìn)行修正。(5) 2014.62014.8,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析并總結(jié)該樣機(jī)模切版對(duì)常用模切材料的壓力修正系數(shù)。(6) 2014.92014.10,分析實(shí)驗(yàn)效果并對(duì)數(shù)字化模切壓力測(cè)控系統(tǒng)做出評(píng)價(jià)和結(jié)論。(7) 2014.112014.12,發(fā)表研究成果相關(guān)的學(xué)術(shù)論文，申請(qǐng)專利，完成項(xiàng)目結(jié)題報(bào)告，驗(yàn)收結(jié)題。六.成果形式研究的具體成果形式1、項(xiàng)目研究報(bào)告；2、申請(qǐng)與本項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容相關(guān)的專利2件及以上(項(xiàng)目結(jié)題前公開、4年內(nèi)授權(quán))，其中發(fā)明1件以上，并發(fā)表核心期刊或檢索會(huì)議論文3篇以上；3、樣機(jī)及技術(shù)指標(biāo)：裝備數(shù)字化壓力測(cè)控系統(tǒng)的氣液增壓式模切機(jī)試驗(yàn)樣機(jī)一臺(tái)。測(cè)控系統(tǒng)可以滿足如下要求：(1)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)測(cè)控和數(shù)據(jù)處理；(2)人機(jī)界面完善友好，實(shí)現(xiàn)操作界面圖形化；(3)動(dòng)態(tài)顯示模切壓力一氣液系統(tǒng)壓力關(guān)系曲線、模切機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性曲線；(4)實(shí)現(xiàn)必要的數(shù)據(jù)處理，測(cè)試結(jié)果的顯示與存儲(chǔ)，及其打印輸出。(5)模切壓力測(cè)量范圍是：10600kN,最小讀數(shù)10kN。(6)其測(cè)量精度包括兩個(gè)指標(biāo)：示值相對(duì)誤差：士2%;示值相對(duì)變動(dòng)度：&2kN;4、其它：基于虛擬儀器Labview平臺(tái)開發(fā)的測(cè)控軟件1套。5、人才培養(yǎng)：培養(yǎng)研究生3人。6、成果轉(zhuǎn)化方式為模切設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)提供模切機(jī)構(gòu)的壓力測(cè)試和技術(shù)改造方案，通過試驗(yàn)結(jié)果的分析給出常用模切材料的壓力修正系數(shù)表。為企業(yè)研發(fā)氣液增壓式新型模切機(jī)提供技術(shù)支持和專利技術(shù)。7、預(yù)期效益項(xiàng)目研究成果可以大幅度提高模切壓力調(diào)節(jié)精度、效率和安全性，有效降低生產(chǎn)成本，節(jié)約實(shí)驗(yàn)材料，延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命、增加產(chǎn)品科技含量，推動(dòng)氣液增壓式模切設(shè)備的數(shù)字化、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。本測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用基于軟件體系結(jié)構(gòu)的虛擬儀器代替基于硬件體系結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)儀器，可以大大節(jié)約儀器購買和維護(hù)費(fèi)用。該試驗(yàn)裝置經(jīng)改裝可以應(yīng)用到其他“機(jī)一電一氣一液”一體化設(shè)備中，為傳統(tǒng)類型模切機(jī)壓力測(cè)試和技術(shù)改造提供技術(shù)支撐。