[發明專利]一種實時測量工具與工件間動摩擦系數的系統及方法

在審

• 申請號: 201810329470.0
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108593542A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發明（設計）人: 韋成朋;張鋼
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01N19/02
• 分類號: G01N19/02
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

1.一種實時測量工具與工件間動摩擦系數的系統，其特征在于，包括上位機、數據采集卡以及用于動摩擦系數測量的裝置，該測量裝置包括測量加速度的加速度計、測量拉力的單軸拉力傳感器和測量重量或壓力的單軸稱重傳感器以及各傳感器安裝部；所述加速度計、單軸拉力傳感器和單軸稱重傳感器的測量數據通過數據采集卡同步采集并發送到上位機，所述上位機具有根據測量數據實時計算工具與工件間動摩擦系數的計算模塊。

2.根據權利要求1所述的實時測量工具與工件間動摩擦系數的系統，其特征在于，所述的單軸拉力傳感器上預留外螺紋桿，用于安裝內螺紋拉環零部件來拉動測量裝置。

3.根據權利要求1所述的實時測量工具與工件間動摩擦系數的系統，其特征在于，所述的單軸稱重傳感器下方留有螺紋孔，用于安裝工具。

4.根據權利要求1所述的實時測量工具與工件間動摩擦系數的系統，其特征在于，所述的各傳感器安裝部的上方安裝有加速度計，內部安裝有單軸拉力傳感器，下方安裝有單軸稱重傳感器。

5.根據權利要求1所述的實時測量工具與工件間動摩擦系數的系統，其特征在于，所述的工具的底面與工件的表面為平面或是曲率較小的曲面。

6.根據權利要求1所述的實時測量工具與工件間動摩擦系數的系統，其特征在于，所述的數據采集卡采集到的數據通過LabVIEW軟件實現與上位機的通信。

7.根據權利要求6所述的實時測量工具與工件間動摩擦系數的系統，其特征在于，所述的LabVIEW軟件集成了根據測量數據實時計算工具與工件間動摩擦系數的計算模塊，能以較低的延遲記錄和顯示當前工具與工件間的動摩擦系數值。

8.根據權利要求7所述的實時測量工具與工件間動摩擦系數的系統，其特征在于，所述的動摩擦系數的計算模塊的核心計算算法是根據動摩擦力計算公式以及牛頓第二定律推導出來，測試者不用刻意保持測量裝置勻速運動，算法公式推導包括以下步驟：

動摩擦力公式如式(1)：

f＝μ·F_N (1)

式中，μ是動摩擦系數，F_N是正壓力；

根據牛頓第二定律，整個裝置在水平面內拉力方向上的受力情況如式(2)：

F_拉力-f＝m_總·a (2)

式中，F_拉力為單軸拉力傳感器測出的實時拉力；m_總為整個測量裝置的質量，通過式(3)求解；a為測量裝置在水平面內拉力方向上的加速度大小，由加速度計測量出來；

m_總＝m_c+m_t+m_壓力 (3)

式中，m_c為單軸稱重傳感器本身的質量，m_t為單軸稱重傳感器下方的工具質量，m_壓力為單軸稱重傳感器測出的其上方全部作用力的等效質量；

最終，動摩擦系數通過式(4)求解：

式中，g為重力加速度。

9.一種應用權利要求1至8任一權利要求的測量系統進行工具與工件間動摩擦系數測量的方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：將工具安裝到單軸稱重傳感器上；將內螺紋拉環與單軸拉力傳感器上預留外螺紋桿連接；將測量裝置置于工件上；

步驟2：用手拉住拉環或者通過繩子連接拉環，沿水平方向緩慢拉動測量裝置，通過待測量區域；

步驟3：采集卡將各傳感器的數據發送到上位機處理，實時記錄并顯示當前工具與工件間的動摩擦系數。