明尼蘇達(dá)州圣保羅 -當(dāng)工程師在機(jī)器設(shè)計(jì)中使用彈簧時(shí)，他們需要保證彈簧的直徑和螺距適合應(yīng)用。直徑太大或間距太寬會(huì)影響彈簧的速率和力量。結(jié)果，彈簧加載的閥門或離合器可能打開(kāi)得太快或太慢。直到最近，還沒(méi)有簡(jiǎn)單的方法來(lái)精確控制彈簧的直徑和螺距。彈簧制造商通常制造它們，測(cè)量它們，然后丟棄廢品。

但現(xiàn)在，Vadnais Technologies的一名工程師找到了更好的方法。工程師Mark Kempf使用獲得專利的壓電設(shè)計(jì)，創(chuàng)造了一種彎曲系統(tǒng)，可以在彈簧纏繞時(shí)校正彈簧的直徑。該技術(shù)使系統(tǒng)能夠以0.0005英寸的精度卷繞彈簧。Kemp說(shuō)，使用傳統(tǒng)技術(shù)的彈簧纏繞機(jī)械通常可以達(dá)到0.005英寸的精度 - 大約是Vadnais系統(tǒng)的十分之一 - 甚至在之后需要進(jìn)行分類。

在這個(gè)為期一周的課程中，我們將看到兩個(gè)低成本但功能豐富的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)程序：CircuitStudio和KiCad。

新系統(tǒng)的關(guān)鍵是電子位置控制回路，使機(jī)器能夠即時(shí)監(jiān)控和校正彈簧直徑。在操作過(guò)程中，機(jī)器的進(jìn)給輥通過(guò)“主軸”將線推出。當(dāng)線材從套筒中出來(lái)時(shí)，它與卷繞工具接觸，卷繞工具使其彎曲以形成螺旋彈簧形狀。主軸和卷繞工具之間的距離決定了彈簧的直徑。通過(guò)將工具移近進(jìn)料源，機(jī)器可以形成更小的彈簧;將它移得更遠(yuǎn)會(huì)導(dǎo)致彈簧變大。

在線圈在線圈處偏轉(zhuǎn)后，線性可變位移傳感器(LVDT)接觸彈簧的直徑。LVDT充當(dāng)傳感器，將輸入信號(hào)發(fā)送到控制過(guò)程的計(jì)算機(jī)。通過(guò)以400Hz的頻率讀取信號(hào)，計(jì)算機(jī)可以監(jiān)測(cè)彈簧直徑。在其軟件中使用比例積分微分(PID)循環(huán)，計(jì)算機(jī)將測(cè)量值與期望值進(jìn)行比較，然后發(fā)出校正信號(hào)。

低壓校正信號(hào)通過(guò)放大器，然后進(jìn)入嵌入在卷繞工具中的壓電轉(zhuǎn)換器。

對(duì)工具中的壓電晶體施加電壓會(huì)使6英寸長(zhǎng)的工具收縮或長(zhǎng)到0.004英寸。當(dāng)它這樣做時(shí)，它移動(dòng)到更接近或遠(yuǎn)離喂食的羽毛筆。結(jié)果，該工具使彈簧直徑更小或更大。刀具偏轉(zhuǎn)與施加的電壓成比例。“一旦我們將工具送到我們想要的地方，我們就會(huì)讓這種微定位行動(dòng)接管，”該公司總裁兼系統(tǒng)發(fā)明人肯普夫指出。“壓電動(dòng)作非常非常快。你無(wú)法機(jī)械地達(dá)到相同的速度。”

Vadnais Technologies最初將該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為控制其母公司Reell Precision Manufacturing生產(chǎn)纏繞彈簧離合器的一種方法。使用該過(guò)程，Kempf能夠精確控制彈簧直徑和螺距 - 彈簧包裹之間的距離。他的技術(shù)還使Reell能夠控制自己產(chǎn)品的質(zhì)量，從而使他們不再依賴外部供應(yīng)商。“我們不是彈簧制造商，但我們需要將彈簧直徑保持在嚴(yán)格的公差范圍內(nèi)，”肯普夫說(shuō)。“這就是驅(qū)使我們的原因。”

通過(guò)即時(shí)滿足這些嚴(yán)格的公差，Kempf的機(jī)器消除了分揀的需要，大大降低了廢品率，并創(chuàng)造了更加一致的產(chǎn)品。“我們發(fā)現(xiàn)，如果你控制彈簧的直徑和螺距，你可以更加一致地控制它的力和彈簧剛度，”肯普夫說(shuō)。“當(dāng)談到壓縮彈簧時(shí)，這就是用戶想要的。”