[发明专利]高刚度测力刀柄上基于柔性电路板的薄膜应变计电桥电路

说明书

本发明公开了一种高刚度测力刀柄上基于柔性电路板的薄膜应变计电桥电路，采用多级电阻并联配准结构，包括两个薄膜应变电阻Rsubgt;1/subgt;、Rsubgt;2/subgt;和四个配准电阻Rsubgt;3/subgt;、Rsubgt;4/subgt;、Rsubgt;5/subgt;、Rsubgt;6/subgt;；配准电阻Rsubgt;4/subgt;、Rsubgt;5/subgt;、Rsubgt;6/subgt;并联后与配准电阻Rsubgt;3/subgt;串联，然后再与串联的薄膜应变电阻Rsubgt;1/subgt;和Rsubgt;2/subgt;并联；串联的薄膜应变电阻Rsubgt;1/subgt;和Rsubgt;2/subgt;的两端与柔性电路板的连接点为薄膜应变电阻焊点，串联的配准电阻的两端分别焊接在薄膜应变电阻的焊点处。本发明采用多级电阻并联的调节方式，在原来电路的基础上，多并联两个配准电阻；理论上可以组合出任意阻值的电阻；并提出了就近配准原则，将配准电阻焊接在薄膜应变电阻附近，减小了配准电阻和薄膜应变电阻之间的导线长度，减小了附加电阻，提高了电路稳定性。

技术领域

本发明涉及一种高刚度测力刀柄上基于柔性电路板的薄膜应变计电桥电路。

背景技术

铣削力是反映铣削加工过程中一个重要的物理参数。铣削加工中动态铣削力的测量是监控机床运行状态、排除机床故障最直接、最关键的信息。通过对铣削力的实时测量，可以优化刀具参数、改善铣削条件、反映刀具状态，还可以预测加工表面粗糙度，避免对工件造成不可逆损坏。通常采用在刀具端测量铣削力的方式，通过感知刀柄的机械变形间接测量铣削力，感知元件一般为电阻应变计。测量铣削力的刀柄具有高刚度、形变小、高灵敏的特点。

电阻应变计采用薄膜应变计，即薄膜生长的方式较好。过去二十年，电阻应变片常采用金属箔式应变片，它需要借助粘胶剂贴到被测件表面进行测量，这常常会引起测量滞后、蠕变等问题，其稳定性随着时间、温度的变化而变化。测力刀柄在工作时高速旋转并伴随高频振动，温度较高，金属箔式应变计难以准确测量刀柄形变产生的应变信号。若采用薄膜应变计，可以很好地解决金属箔式应变计带来的问题。薄膜应变计一般是采用真空蒸发、等离子化学气相沉淀等方法，把金属、合金、半导体材料淀积在基片(或弹性体)上制成的，它不用粘胶剂，相互之间连接呈无机质化，因而几乎没有蠕变和滞后，稳定性好，且具有优良的耐热、耐湿性，不足的地方在于生产工艺比较复杂。

应变计桥式电路一般采用全桥差动电桥，其具有灵敏度高、温度补偿性能好的优点，而薄膜应变计桥式电路采用半桥差动电桥较好。薄膜应变计的生产工艺较为复杂，不能保证其有精确的阻值，其实际阻值与理论阻值有很大的不确定误差。若采用全桥差动电桥，很难控制其四臂上薄膜应变电阻的阻值完全相等，不易使电桥平衡状态下的输出为零，这会对有用信号造成一定的干扰。若采用半桥差动电桥，电桥的两臂为薄膜应变电阻，另两臂采用高精度高稳定性的电阻，为配准电阻，通过调节配准电阻的阻值，可以使电桥平衡状态的输出为零(或对有用信号影响程度较小)，这可以很好地解决薄膜应变计阻值不精确带来的影响。半桥式薄膜应变计如图1所示，薄膜应变计半桥差动电桥如图2所示，其中，R₁、R₂为薄膜应变电阻，R₃、R₄为配准电阻。

测力刀柄刚度较高，在铣削过程中产生的形变较小，因而薄膜应变计阻值的变化非常小，桥式电路的输出通常在uV级别，该微弱信号极易受到干扰。测力刀柄在铣削过程中高速旋转并伴随高频振动，易使薄膜应变计半桥差动电桥的导线弯曲变形，导线的形变会使其阻值发生变化，给电路引入附加电阻。此时薄膜应变计半桥差动电桥如图3所示，其中R₁、R₂为薄膜应变电阻，R₃、R₄为配准电阻，R′₃、R′₄为附加电阻。图2方框部分导线的形变引入的附加电阻会对电桥输出的微弱信号U₀造成干扰，给电桥电路引入不可消除的噪声。