超声电机检测竹片缺边装置设计与试验

TS612; [目的]利用超声电机微幅振动检测竹片缺边缺陷,研究超声电机微幅振动参数与竹片尺寸变化规律,并设计可实现检测竹片边沿尺寸变化控制在100μm内的装置,为生产过程在线快速检测提供理论依据.[方法]以超声电机定子上压电陶瓷逆压电效应产生的运动为驱动,使超声电机产生微米级的椭圆运动驱动竹片运动,驱动点为竹片边缘.在超声电机驱动频率固定及不同法向压力、滑动摩擦和波峰数的条件下,采用定子动力学方程分析竹片的运动速度和超声电机定子质点运动,并通过显微镜观察竹片不同位置的微观形貌,分析其运动的不均匀性.[结果]1)超声电机驱动竹片的波峰数与超声电机产生的驱动力呈正比,竹片的边缘尺寸变化,导致竹片与定子接触时某些定子驱动质点与竹片间存在空隙,使其在某一时间点驱动竹片的波峰数减少,从而导致竹片运动速度下降;2)竹片产生的法向压力均匀分布在超声电机产生的波峰驱动点上,当竹片边缘尺寸减小时法向压力减小,导致驱动力相应减小,使竹片运动速度下降;3)超声电机定子超声振动的法向速度可产生超声减摩效应,导致法向压力减小,降低竹片运动速度;4)检测竹片微小缺边的装置,对正常竹片和缺边值逐步扩大到50μm的竹片进行检测,竹片平均速度与竹片缺陷程度呈比例关系;5)单根竹片多次测量时,其速度变化波动较大.速度波动的原因包括2方面:一是由于竹片本身弹性模量下降,导致超声电机输出力下降;二是竹片与超声电机定子接触界面的不一致性,合格的竹片在显微镜下,其表面具有微米级的缺边现象,这种现象使得多次测量时超声电机驱动竹片接触面的不一致,从而导致速度不均匀.[结论]竹片运动速度与超声电机驱动竹片的波峰数呈正比;超声电机定子超声振动产生的法向振动,导致竹片实际运动速度下降;增加竹片与超声电机间的压力,可提高竹片运动速度;装置检测的敏感缺边尺寸为48μm,通过测量其通过速度,能够分辨出缺边大于48μm的竹片;竹片边界尺寸在微米范围上变化大,该方法无法准确测量竹片尺寸.