CN108593542A - 一种实时测量工具与工件间动摩擦系数的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实时测量工具与工件间动摩擦系数的系统及方法，系统包括上位机、数据采集卡以及用于动摩擦系数测量的装置，该测量装置包括测量加速度的加速度计、测量拉力的单轴拉力传感器和测量重量或压力的单轴称重传感器以及各传感器安装部；所述加速度计、单轴拉力传感器和单轴称重传感器的测量数据通过数据采集卡同步采集并发送到上位机，所述上位机具有根据测量数据实时计算工具与工件间动摩擦系数的计算模块。该测量系统及方法可以有效测量工具与工件间动摩擦系数。

Description

一种实时测量工具与工件间动摩擦系数的系统及方法

技术领域

本发明涉及一种实时测量工具与工件间动摩擦系数的系统及方法。

背景技术

摩擦系数是指两表面间的摩擦力与作用在其一表面上的垂直力之比值。依运动的性质，它可分为动摩擦系数和静摩擦系数。滑动摩擦力是两物体相互接触发生相对滑动而产生的，此时的摩擦系数为动摩擦系数。在同样大小的正压力情况下，动摩擦系数和滑动摩擦力成正比。摩擦力常常既是动力又是阻力，摩擦力过大会增加能耗，过小会产生打滑，所以动摩擦系数的大小应控制在合理的范围内。因此，准确测量工具与工件间动摩擦系数是很重要的。

当前对于动摩擦系数的测量，多是对于路面摩擦系数或者某种材料的摩擦系数的测量，这些测量设备或方法，通常设备结构复杂、体积大，且设备制造成本较高，不适用于体积较小的工具与工件间的动摩擦系数的有效测量。而且传统的测量方法多是要求保持近似匀速的状态来测量，很多情况下难以达到这样的要求。

发明内容

本发明针对上述现有技术现状，提出了一种实时测量工具与工件间动摩擦系数的系统及方法，可以准确、快速、方便地测量工具与工件间动摩擦系数。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种实时测量工具与工件间动摩擦系数的系统，包括上位机、数据采集卡以及用于动摩擦系数测量的装置，该测量装置包括测量加速度的加速度计、测量拉力的单轴拉力传感器和测量重量或压力的单轴称重传感器以及各传感器安装部；所述加速度计、单轴拉力传感器和单轴称重传感器的测量数据通过数据采集卡同步采集并发送到上位机，所述上位机具有根据测量数据实时计算工具与工件间动摩擦系数的计算模块。

所述的单轴拉力传感器上预留外螺纹杆，用于安装内螺纹拉环零部件来拉动测量装置。

所述的单轴称重传感器下方留有螺纹孔，用于安装工具。

所述的各传感器安装部的上方安装有加速度计，内部安装有单轴拉力传感器，下方安装有单轴称重传感器。

所述的工具的底面与工件的表面为平面或是曲率较小的曲面。

所述的数据采集卡采集到的数据通过LabVIEW软件实现与上位机的通信。

所述的LabVIEW软件集成了根据测量数据实时计算工具与工件间动摩擦系数的计算模块，能以较低的延迟记录和显示当前工具与工件间的动摩擦系数值。

所述的动摩擦系数的计算模块的核心计算算法是根据动摩擦力计算公式以及牛顿第二定律推导出来，测试者不用刻意保持测量装置匀速运动，算法公式推导包括以下步骤：

动摩擦力公式如式(1)：

f＝μ·F_N (1)

式中，μ是动摩擦系数，F_N是正压力；

根据牛顿第二定律，整个装置在水平面内拉力方向上的受力情况如式(2)：

F_拉力-f＝m_总·a (2)

式中，F_拉力为单轴拉力传感器测出的实时拉力；m_总为整个测量装置的质量，通过式(3)求解； a为测量装置在水平面内拉力方向上的加速度大小，由加速度计测量出来；

m_总＝m_c+m_t+m_压力 (3)

式中，m_c为单轴称重传感器本身的质量，m_t为单轴称重传感器下方的工具质量，这两个质量在测量前先测量，并输入上位机中。m_压力为单轴称重传感器测出的其上方全部作用力的等效质量；

最终，动摩擦系数通过式(4)求解：

式中，g为重力加速度。

一种应用上述的测量系统进行工具与工件间动摩擦系数测量的方法，包括如下步骤：

步骤1：将工具安装到单轴称重传感器上；将内螺纹拉环与单轴拉力传感器上预留外螺纹杆连接；将测量装置置于工件上；

步骤2：用手拉住拉环或者通过绳子连接拉环，沿水平方向缓慢拉动测量装置，通过待测量区域；

步骤3：采集卡将各传感器的数据发送到上位机处理，实时记录并显示当前工具与工件间的动摩擦系数。

与现有技术相比，本发明具有如下的优点：

本发明系统集成了上位机、数据采集卡、加速度计、单轴拉力传感器、单轴称重传感器以及各传感器安装部，装置结构简单，体积小，成本低，适合中小企业及个人。

附图说明

图1为本发明实施例测量系统的结构示意图。

图2为实施例玻璃擦的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

如图1所示，一种实时测量工具与工件间动摩擦系数的系统，包括上位机、数据采集卡以及用于动摩擦系数测量的装置，该测量装置包括测量加速度的加速度计1、测量拉力的单轴拉力传感器3和测量重量或压力的单轴称重传感器5以及各传感器安装部2；所述加速度计1、单轴拉力传感器3和单轴称重传感器5的测量数据通过数据采集卡同步采集并发送到上位机，所述上位机具有根据测量数据实时计算工具6与工件间动摩擦系数的计算模块。

所述的单轴拉力传感器3上预留外螺纹杆，用于安装内螺纹拉环4来拉动测量装置。

所述的单轴称重传感器5下方留有螺纹孔，用于安装工具6。

所述的各传感器安装部2的上方安装有加速度计1，内部安装有单轴拉力传感器3，下方安装有单轴称重传感器5。

所述的工具6的底面与工件的表面为平面或是曲率较小的曲面。

本实施例以擦水平面上的玻璃的任务为例，工具为玻璃擦7，如图2所示，内螺纹拉环4 与单轴拉力传感器3的外螺纹杆连接，玻璃擦7与单轴称重传感器5连接。

各传感器的数据线与数据采集卡相连。数据采集卡通过LabVIEW软件实现了与上位机的通信，将数据发送到上位机。LabVIEW软件集成了根据测量数据实时计算工具与工件间动摩擦系数的计算模块，能以较低的延迟记录和显示当前工具与工件间的动摩擦系数值。

本发明应用上述测量系统进行工具与工件间动摩擦系数测量的方法，包括如下步骤：

步骤1：将玻璃擦7安装到单轴称重传感器5上；将内螺纹拉环4与单轴拉力传感器3上预留外螺纹杆连接；将测量装置置于水平面上的玻璃上。

步骤2：用手拉住内螺纹拉环4或者通过绳子连接内螺纹拉环4，沿水平方向缓慢拉动测量装置，经过待测量区域；此时，加速度计1记录下了拉力方向的加速度，单轴拉力传感器 3记录下了作用在内螺纹拉环4的拉力，单轴称重传感器5记录下了其上方的装置重量。

步骤3：采集卡将各传感器的数据发送到上位机处理，实时记录并显示当前工具与工件间的动摩擦系数。

Claims (9)

1.一种实时测量工具与工件间动摩擦系数的系统，其特征在于，包括上位机、数据采集卡以及用于动摩擦系数测量的装置，该测量装置包括测量加速度的加速度计、测量拉力的单轴拉力传感器和测量重量或压力的单轴称重传感器以及各传感器安装部；所述加速度计、单轴拉力传感器和单轴称重传感器的测量数据通过数据采集卡同步采集并发送到上位机，所述上位机具有根据测量数据实时计算工具与工件间动摩擦系数的计算模块。

2.根据权利要求1所述的实时测量工具与工件间动摩擦系数的系统，其特征在于，所述的单轴拉力传感器上预留外螺纹杆，用于安装内螺纹拉环零部件来拉动测量装置。

3.根据权利要求1所述的实时测量工具与工件间动摩擦系数的系统，其特征在于，所述的单轴称重传感器下方留有螺纹孔，用于安装工具。

4.根据权利要求1所述的实时测量工具与工件间动摩擦系数的系统，其特征在于，所述的各传感器安装部的上方安装有加速度计，内部安装有单轴拉力传感器，下方安装有单轴称重传感器。

5.根据权利要求1所述的实时测量工具与工件间动摩擦系数的系统，其特征在于，所述的工具的底面与工件的表面为平面或是曲率较小的曲面。

6.根据权利要求1所述的实时测量工具与工件间动摩擦系数的系统，其特征在于，所述的数据采集卡采集到的数据通过LabVIEW软件实现与上位机的通信。

7.根据权利要求6所述的实时测量工具与工件间动摩擦系数的系统，其特征在于，所述的LabVIEW软件集成了根据测量数据实时计算工具与工件间动摩擦系数的计算模块，能以较低的延迟记录和显示当前工具与工件间的动摩擦系数值。

8.根据权利要求7所述的实时测量工具与工件间动摩擦系数的系统，其特征在于，所述的动摩擦系数的计算模块的核心计算算法是根据动摩擦力计算公式以及牛顿第二定律推导出来，测试者不用刻意保持测量装置匀速运动，算法公式推导包括以下步骤：

动摩擦力公式如式(1)：

f＝μ·F_N (1)

式中，μ是动摩擦系数，F_N是正压力；

根据牛顿第二定律，整个装置在水平面内拉力方向上的受力情况如式(2)：

F_拉力-f＝m_总·a (2)

式中，F_拉力为单轴拉力传感器测出的实时拉力；m_总为整个测量装置的质量，通过式(3)求解；a为测量装置在水平面内拉力方向上的加速度大小，由加速度计测量出来；

m_总＝m_c+m_t+m_压力 (3)

式中，m_c为单轴称重传感器本身的质量，m_t为单轴称重传感器下方的工具质量，m_压力为单轴称重传感器测出的其上方全部作用力的等效质量；

最终，动摩擦系数通过式(4)求解：

式中，g为重力加速度。

9.一种应用权利要求1至8任一权利要求的测量系统进行工具与工件间动摩擦系数测量的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将工具安装到单轴称重传感器上；将内螺纹拉环与单轴拉力传感器上预留外螺纹杆连接；将测量装置置于工件上；

步骤2：用手拉住拉环或者通过绳子连接拉环，沿水平方向缓慢拉动测量装置，通过待测量区域；

步骤3：采集卡将各传感器的数据发送到上位机处理，实时记录并显示当前工具与工件间的动摩擦系数。