磁致伸缩位移传感器与精密注塑
O前言
O前言
精密注塑成型是用控制精密注塑机螺杆的运动来间接控制模腔送料的速度和压力，以确保成品的质量。产品质量不仅体现在外形尺寸上，同样对制品的密度、应力，以及表面都有相应的要求。对于精密注塑机来说，位移控制无疑是*为重要的一部分，它直接影响塑料制品的质量，而由其表征的速度也关系着制品的内在品质和生产效率。比如在射胶时，用于控制射胶螺杆的位移来控制熔融物料的用量，以保证精密注塑计量准确；准确控制开锁模是精密注塑的必要条件，若位置不够准确，则可能产生不完全合模，不能完成注塑。此外，为了得到密度均匀，应力小的塑料制品，必须严格控制速度来满足注塑工艺要求。如必须在熔融状态将物料快速充满整个模腔，如果此时射胶速度变慢，充模时间长，制品容易产生冷接缝，密度不均，应力大等缺陷。但是，若是射胶速度过快，熔融物料容易在浇注口处形成不规则的流动，并造成空气吸入和排气**等现象而直接影响制品的表面质量。因此，有效控制注射位置及其表征的速度对于精密注塑来说是非常重要的。
然而，对于传统的注塑机来说，位移传感器往往采用电子尺，其原理与电位器相似，其结构简单，易于实现，故广泛用于注塑机上。但屯子尺的参考电压将直接影响信号精度，在注塑加工现场，会有复杂的电磁和电压波动干扰，对测量精度影响甚大；另一方面，对于大型注塑机，须配备的电子尺必定很长，有的长达2500 mm，甚至更长。对于精密注塑机来说，位移控制精度要达到0. 01 -0.1 mm，这里以1000 mm的尺子为例，对应电压值为0.5 mV，这样就提高了AD采样分辨率的要求，增加了PCB布线的难度，同时对电源也提出了更高的要求。此外，传统注塑机的位置尺还存在稳定性差、重复性差、易磨损、安装复杂等问题。因此，将非接触式的磁致伸缩式位移传感器应用于注塑机，可以实现大尺度范围内的精密测量，同时该传感器还配备有CAN，SSI等数字接口，采用数字传输，*大程度上减少了精度在传输过程中的损失。
1磁致伸缩位移传感器测量原理
磁致伸缩技术原理它利用2个不同的磁场相交产生一个应变脉冲信号，然后，计算这个信号被探测所需收稿日期：2010-01-14+基金项目：国家科技支撑计划资助项目(2007BAF1303)；中国博士后基金资助项目(20090451451)第9期王智强，等：磁致伸缩位移传感器在精密注塑机上的应用139要的时间周期，换算出准确的**位置。这2个磁场一个来自传感器外面的活动磁铁，另一个来自传感器头部固有的电子部件产生的电流脉冲。注塑机当2个磁场相遇时，所产生的一个应变脉冲会以声波的固定速度返回电子部件的感测线圈，通过测量电流脉冲从产生到感测到返回的应变脉冲所需的时间，再乘以声波的速度，便能准确地计算出位置磁铁的变动。利用此法所得的是**位置读数，免除了放大器环节，因而不存在信号漂移或变值的情况，而且不需要定期重新标定。同时，非接触式的测量消除了机械磨损的问题，保证了*佳的重复性和持久性。此外，该传感器非常适合在内置高压的液压或气动环境中使用，具有很强的抗震性能，且测量误差*大为50 lim，整体线性度不超过10 p_m，且采用数字接口传输，提高了数据传输的抗干扰性能。不仅如此，该传感器兼具测量速度的功能，为注塑过程的速度控制提供了方便，并节省CPU的处理时间。
2 累统总体框架与硬件设计
2.1 系统总体框架
注塑机控制系统采用ARM +DSP双核控制，ARM负责人机交互，DSP负责底层实际控制。位移传感器具有模拟电压信号，SSI和CAN等数字接口，本系统采用CAN接口，使DSP与多路位移传感器构成CAN总线网络，通过编程可以实现对相应的位移进行定时采样，设置零点等，为注塑机精密控制提供了足够的采样精度。
位移传感器将注塑过程中的位置、速度信号，如，开模位置、开模速度、射胶位置、射胶速度等转换为数字信号，通过CAN接口送入DSP控制器。DSP将位置信号通过串口发送给上位机进行实时显示，同时，根据传感器输出的位移和速度数据，控制DA输出和相应的开关输出，进而改变液压阀，从而达到位移和速度控制的目的。
2.2传感器与控制器接口设计
CAN总线是一种多主串行通信协议，具有很强的干扰能力，可以应用在电磁干扰比较大的场合，非常适合工业现场。它具有**别的**性，可以有效地支持分布式实时控制，通信速率*高可达lMbps。CAN协议内核CPK的功能主要有2个：根据CAN协议对总线上的接收到的信息进行解码，向接收缓冲器发送解码后的消息，以及根据CAN协议对CPU需要发送的消息进行编码并通过发送缓冲发送出去。而消息控制器则是对接收缓冲器里的消息进行判定，以决定是否把消息送给CPU还是直接丢弃。CAN2．O总线规范走义了2种不同的数据格式，具有11位标识符的标准帧和29位标识符的扩展帧。
2.3 CAN接口通信协议
NMT指的是DSP作为CAN网络的服务器端，对传感器等二手注塑机客户端进行控制的服务指令。所有基于CAN协议的客户端都必须支持NMT服务，一个CAN网络只能有一个NMT服务器，它可以对CAN网络的任意节点进行启动、停止、复位，或对整个网络进行复位。除此之外，它还可以采用定期或者心跳功能对网络节点的状态进行监督，以保证各节点工作正常。其指令格式为COB-ID-CS-NodeID，依次代表的含义是，11位网络标识符，具体服务（如，启动节点，进入预工作状态），节点号（传感器节点号，O表示对所有节点进行操作）。例如：复位所有传感器，指令则为Ox000 -OxOI-Ox0。
3基于传感器的采样程序设计
传感器共有3种工作状态：初始状态、预操作态、工作状态。传感器上电进入初始状态，从内置的EEPROM中读取其配置参数以进入一个可知的状态。当所有参数均已完成初始化，则进入预操作状态，此时可以修改SDO参数，或者发送NMT启动命令，使传感器进入工作状态。当传感器进入工作状态就会向DSP定时发送数据，或者在收到DSP的远程同步帧后发送数据。由于注塑机的位置信号非常重要，其实时性也必须保证。因此，在程序设计时，必须实时取得当前的准确的位置信号，从而做出正确的判断。注塑机各机构中，只有开锁模的移动速度*大，现今*快可达1 m/s，因此，为了配合CPU的速度和信号的实时性，采样时间选择为l ms，可以将传感器配置为异步方式，每l ms向DSP传送PDO的数据，DSP采用中断的方式，实时她接收当前的位置与速度信息，并用于注塑机的过程控制，同时将位置信息传送给上位机实时显示。
4实验结果
应用新型的传感器与传统电子尺在注塑机上进行位移测量，对一个固定的位置以l ms的速度进行采样500次。这里仅以500 mm的电子尺进行实验，可以看出：传统的传感器由于传感器本身和电路设计，电源噪声，放大器偏移，AD采样精度损失等诸多因素，使得*终测量结果不很理想，误差*大可达0.7 mm，若是尺子长度增加，误差也会成倍增长。而基于磁致伸缩原理的传感器因其省去了放大器，AD采样等精度损失环节，同时传感器自身具有很强的抗干扰能力，而且，采用CAN总线传输，减少了信号在转换传输时的精度损失。从结果可以看出其采样*大误差仅为1个刻度，即5¨m，具有很高的稳定性和**度。
5结束语（磁致伸缩位移传感器与精密注塑）
从实验结果看出：磁致伸缩位移传感器具有较高的精度和稳定性，注塑机价格适舍用于精密注塑控制系统，且该传感器有CAN总线数字接口，不但节省了许多信号处理环节，节省了许多硬伴与软件的消耗，同时也避免了由这些环节所产生的误差干扰，为精密注塑控制提供了良好的硬件平台，为今后的算法设计提供了更多的基础。（磁致伸缩位移传感器与精密注塑）
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