基于压电的系统控制弹簧直径

明尼苏达州圣保罗 -当工程师在机器设计中使用弹簧时，他们需要保证弹簧的直径和螺距适合应用。直径太大或间距太宽会影响弹簧的速率和力量。结果，弹簧加载的阀门或离合器可能打开得太快或太慢。直到最近，还没有简单的方法来精确控制弹簧的直径和螺距。弹簧制造商通常制造它们，测量它们，然后丢弃废品。

但现在，Vadnais Technologies的一名工程师找到了更好的方法。工程师Mark Kempf使用获得专利的压电设计，创造了一种弯曲系统，可以在弹簧缠绕时校正弹簧的直径。该技术使系统能够以0.0005英寸的精度卷绕弹簧。Kemp说，使用传统技术的弹簧缠绕机械通常可以达到0.005英寸的精度 - 大约是Vadnais系统的十分之一 - 甚至在之后需要进行分类。

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新系统的关键是电子位置控制回路，使机器能够即时监控和校正弹簧直径。在操作过程中，机器的进给辊通过“主轴”将线推出。当线材从套筒中出来时，它与卷绕工具接触，卷绕工具使其弯曲以形成螺旋弹簧形状。主轴和卷绕工具之间的距离决定了弹簧的直径。通过将工具移近进料源，机器可以形成更小的弹簧;将它移得更远会导致弹簧变大。

在线圈在线圈处偏转后，线性可变位移传感器(LVDT)接触弹簧的直径。LVDT充当传感器，将输入信号发送到控制过程的计算机。通过以400Hz的频率读取信号，计算机可以监测弹簧直径。在其软件中使用比例积分微分(PID)循环，计算机将测量值与期望值进行比较，然后发出校正信号。

低压校正信号通过放大器，然后进入嵌入在卷绕工具中的压电转换器。

对工具中的压电晶体施加电压会使6英寸长的工具收缩或长到0.004英寸。当它这样做时，它移动到更接近或远离喂食的羽毛笔。结果，该工具使弹簧直径更小或更大。刀具偏转与施加的电压成比例。“一旦我们将工具送到我们想要的地方，我们就会让这种微定位行动接管，”该公司总裁兼系统发明人肯普夫指出。“压电动作非常非常快。你无法机械地达到相同的速度。”

Vadnais Technologies最初将该系统设计为控制其母公司Reell Precision Manufacturing生产缠绕弹簧离合器的一种方法。使用该过程，Kempf能够精确控制弹簧直径和螺距 - 弹簧包裹之间的距离。他的技术还使Reell能够控制自己产品的质量，从而使他们不再依赖外部供应商。“我们不是弹簧制造商，但我们需要将弹簧直径保持在严格的公差范围内，”肯普夫说。“这就是驱使我们的原因。”

通过即时满足这些严格的公差，Kempf的机器消除了分拣的需要，大大降低了废品率，并创造了更加一致的产品。“我们发现，如果你控制弹簧的直径和螺距，你可以更加一致地控制它的力和弹簧刚度，”肯普夫说。“当谈到压缩弹簧时，这就是用户想要的。”