一种胶料表面粘性测量方法及装置与流程

本发明涉及橡胶胶料性能测试
技术领域：
，具体来说，涉及一种胶料表面粘性测量方法及装置。
背景技术：
：胶料粘性是指与物体接触后发生相对运动，在接触面上产生的一种相互作用的剪切力，也称为胶料的粘滞力。粘性过高或者过低都对橡胶制品的生产工艺有着非常大的影响。随着中国轮胎产业的飞速发展和日趋激烈的国际竞争，国际市场对中国轮胎的质量提出了更高的要求。粘性控制是提高轮胎质量的重要因素，目前轮胎厂对胶料表面粘性的检测95％以上以人为主观判断来确定，存在胶料表面粘性量化失真，后续产品质量追溯无依据的弊端，使产品质量隐患长期存在。以轮胎生产工艺为例，粘性过高，会使胶片贴合时易产生气泡等缺陷；过低，又会出现结合不好出现脱层等缺陷。在工业生产中，传统的胶料表面黏性量的测量方法一般是将两个相同胶料的表面在一定压力作用下接触一定的时间，然后撤销压力，并测量拉开胶料所需的拉力。现在大多数的轮胎制造企业采用这种胶片(敷PE膜)拉开法，但用这种方法来确定胶料表面黏性量，存在测试周期长、效率低的缺陷，需要专门的测试人员进行测试，增加了成本，且存在人为误差，这将无法得到精确的胶料表面黏性量，不能量化产品黏性量，不利于对新产品的改良、创新和定量化统计分析。对胎面胶料的黏性测量，在实际生产过程中利用门尼粘度计、塑性计和橡胶加工分析仪进行测量，但这些设备进行测量时需要的时间较长，如门尼粘度计做一组实验需要5分钟左右，效率较低，并且这些设备不利于与计算机集成等问题。现有技术中国专利申请号201210131535.3中公开了一种胶料表面粘性测试仪，包括水平设有下滑板，下滑板经铰轴与上滑板铰接，上滑板中部铰连有支架，支架另一端与棘板摩擦配合，下滑板及上滑板的上表面上铺覆有待测量的胶片，上滑板上的胶片上放置有测量球。在测量时，测量球放在坡顶固定的位置，测量球自由滚动到水平位置而停止，读出滚动的水平距离，即可测量出胶片的粘性。距离长粘性小，距离短粘性大。现有技术中国专利申请号201210113645.7中公开了一种胶料表面粘性测量方法及专用测量系统，其测量方法是将被测胶料置于整个测量系统的的最底部，所述测量系统为带有倾斜轨道的测量系统，测试球在倾斜轨道上做自由落体运动，将势能转化成动能，并反复经过被测胶料，通过计算测试球在被测胶料上的运动行程来表征胶料的粘性特征。以上两种方式都是通过测试球的运动行程来表征胶料的粘性特征，根据测试球以一定的初速度在带有均匀粘性的胶料上滚动，受到粘滞力的作用，不计空气阻力，测试球做减速运动，直至停止。然而，在实际操作过程中，粘度相对低一些的，空气阻力的影响比较大；对于一些纯胶片，测试球自身重力所引起的压陷阻力也影响了测试结果；用运动行程表征胶料的粘性特征，存在一定的偏差。目前，针对以上出现的技术问题，并未提出有效的解决方案。技术实现要素：针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种胶料表面粘性测量方法，能够克服测试过程中空气阻力和压陷力对测试结果的影响，实现高效快捷、提高测试精度的反映胶料的表面粘性。为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种胶料表面粘性测量方法，该方法包括以下步骤：S1准备同一批次均匀粘性的两片测试胶片，分别标记为一号胶片和二号胶片，经过预处理确保二号胶片的表面无粘滞力；将质量为m的测试球以相同的初速度分别在一号胶片和二号胶片上作直线运动；S2对运动过程进行力学分析，用测试胶片的表面粘性力表征胶料表面粘性特征，测试球在一号胶片上的运动学公式为：F粘度+F空气阻力1+F压陷力＝ma1(1)测试球在二号胶片上的运动学公式为：F空气阻力2+F压陷力＝ma2(2)公式(1)和公式(2)中的空气阻力通过如下公式确定：F空气阻力＝(1/2)CρSV2(3)公式(3)中，C为空气阻力系数，ρ为空气密度，S物体迎风面积，V为物体与空气的相对运动速度；将公式(1)和公式(2)做差求得：F粘度＝m(a1-a2)-(1/2)CρS(V12-V22)(4)；S3获取运动过程中测试球的速度、加速度，并计算步骤S2中的F粘度。优选地，所述步骤S1中对二号胶片预处理方式是在测试胶片表面贴一层玻璃纸。优选地，所述步骤S1中测试球在倾斜轨道上做自由落体运动获得在所述测试胶片上运动的初速度。进一步地，所述步骤S3中获取测试球速度、加速度的方式是通过图像法实时采集测试球的运动状态。优选地，所述图像法为在运动过程中以T为周期抓拍若干图像，以连续图像三张为一组。进一步地，该方法还包括通过每组图像中测试球的位置计算相邻两张图像中测试球的位移S0、S1。进一步地，该方法还包括通过如下公式(5)计算速度v及加速度a：进一步地，该方法还包括分别计算测试球在一号胶片和二号胶片上相同时刻内的平均速度v1、v2及加速度a1、a2，并通过公式(4)计算F粘度。一种胶料表面粘性测量装置，包括水平仪，所述水平仪上表面设置有测试胶片，所述测试胶片上固定安装有斜楔，所述斜楔的上表面作为测试球的第一运动轨道，所述测试胶片的上表面作为胶料的第二运动轨道，所述水平仪的一侧沿长度方向布置有线激光源发射器，所述水平仪的另一侧布置有面向所述水平仪的CCD工业相机。进一步地，所述水平仪在设置有CCD工业相机的一侧沿长度方向布置有透明背板，且所述透明背板位于所述水平仪与所述CCD工业相机之间位置。本发明的有益效果：1)灵敏度高：通过CCD工业相机在2秒内抓取10-20个加速度；2)准确度高：剔除压陷变形和风阻影响，提高表征结果的准确度；3)测量时间短：测试时间缩短至2S，提高测试效率；4)采用测试球单次滚动，未采用多次重复滚动，防止测试球第一次滚动在胶料压出痕迹影响后面滚动测试得到的结果；5)结构简单、操作方便，能对胶料表面的粘性定量表征，从而更加精确的指导生成过程。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是根据本发明实施例的测试球受力分析图；图2是根据本发明实施例的胶料表面粘性测量装置之一图3是根据本发明实施例的胶料表面粘性测量装置之二。图4是实验数据加速度的对比图。图5是实验数据加速度绝对值的对比图。图中：1、CCD工业相机；2、透明背板；3、测试球；4、测试胶片；5、斜锲；6、线激光源发射器；。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。如图1所示，测试球在胶面上运动，在运动方向上受到的力：F粘度+F空气阻力+F压陷力＝ma。式中F粘度、F压陷力均为在运动方向上力的分量。对于一定质量的测试球来说，在胶料上的压陷程度是一定的，因此，对于压陷阻力和粘度阻力与运动方向上的夹角都是确定的，因此在这里只考虑运动方向上分力的大小。测试球在运动时，所受到的空气阻力为：F空气阻力＝(1/2)CρSV2。式中，C为空气阻力系数；ρ为空气密度；S物体迎风面积；V为物体与空气的相对运动速度。由上式可知,正常情况下空气阻力的大小与空气阻力系数及迎风面积成正比,与速度平方成正比。通常情况下对于球体的风阻系数，我们取值为0.5。对于压陷力很难测出。但对于同一个测试球，我们假定它们在胶片上所受到的压陷阻力是相同的。因此，针对这未知的压陷力，本发明采用了一种间接的方式进行排除，这就可以把未知的压陷力近似排除。采用同一批次均匀粘性的两片测试胶片，分别标记为一号胶片和二号胶片。一号胶片不做处理，在二号胶片的胶面上贴一层玻璃纸，确保二号胶片的表面无粘滞力，这样就可以将粘性阻力排除。这样进行两次测试，对运动学公式进行做差处理，即可排除压陷力的影响，进而计算F粘度。为了获得测试球在胶料运动过程中的加速度，本发明提供了一种胶料表面粘性测量装置，如图2-3所示，包括水平仪，所述水平仪上表面设置有测试胶片4，所述测试胶片4上固定安装有斜楔5，所述斜楔5的上表面作为测试球的第一运动轨道，所述测试胶片的上表面作为胶料的第二运动轨道，所述水平仪的一侧沿长度方向布置有线激光源发射器6，所述水平仪的另一侧布置有面向所述水平仪的CCD工业相机1。在一个实施例中，所述装置包括水平仪及水平仪上层，所述水平仪上层包括斜楔、上层前板、上层后板。斜楔的作用是使测试球能有一个稳定的初速度，并且在斜楔5上方有一个杠杆释放装置，杠杆尾部为金属装置，下方放置电磁装置，当实验开始时，电磁铁通电吸附杠杆使其翘起释放钢球，测试球开始滚动，避免测试球磁化带电。上层后板的主要作用是防止测试球跑向侧面，并且前后板上需要在小孔的位置上安装线激光源发射器6，线激光发射器到胎面胶的高度正好等于测试球的半径，通过发射器激光由钢球阻断来测定测试球的即时位置。上层前板为所述透明背板2，外侧固定安装有所述CCD工业相机1，透明背板2作为光线收集板，同时还可以防止测试球表面反光对图片的获取产生影响，进而影响测试精度。水平仪上层采用一体式结构，保证装置的横向和纵向都处于水平位置上，同时安装方便。在对胶料的粘度力进行计算时，测试球在一号胶片上的运动学公式为：F粘度+F空气阻力1+F压陷力＝ma1，式中，m为测试球重量，a1为测试球在一号胶片上的加速度，F空气阻力1为测试球在一号胶片上的空气阻力，且F空气阻力1＝(1/2)CρSV12。测试球在二号胶片上的运动学公式为：F空气阻力2+F压陷力＝ma2，式中，m为测试球重量，a2为测试球在二号胶片上的加速度，F空气阻力2为测试球在一号胶片上的空气阻力，且F空气阻力2＝(1/2)CρSV22。将以上两式做差求得：F粘度＝m(a1-a2)-(1/2)CρS(V12-V22)。在式中，不同速度下空气阻力值有所不同，在这里我们假设V为测试球在一段时间内的平均速度，因此，只要获得测试球在一号胶片、二号胶片上的加速度值、平均速度值，即可计算F粘度的值。获取测试球速度、加速度的方式是通过图像法实时采集测试球的运动状态，本发明在对图像抓拍时，采用的是CCD工业相机。本发明采用的CCD是目前机器视觉最为常用的图像传感器。这类成像器件通过光电转换形成电荷包，而后在驱动脉冲的作用下转移、放大输出图像信号。我们将频率增大，通过计算机数据处理，这样我们就可以可以准确且迅速的获得速度与加速度的值。在运动过程中以T为周期抓拍若干图像，以连续图像三张为一组，这样连续三张图像中测试球的中心点的距离即为在连续两个t时间内的位移，将测试球的位移标记为S0、S1，S0为在前周期t内的位移，S1为在后周期t内的位移。其中，图像中测试球的中心点的位移值可以通过将图像合成到同一张图像中继续计算，也可以通过图像处理技术，计算中心点的坐标值。CCD工业相机在每秒内能抓拍上百张运动物体的照片，因此在对识别后的图像进行加速度进行计算时，假设在周期t内测试球的运动为匀减速运动，加速度为恒定值。因此，可以通过如下公式计算测试球在2t时间内的平均速度v及加速度a：通过分别对一号胶片和二号胶片上测试球的运动进行抓拍，获得图像后进行计算，分别获得测试球在一号胶片和二号胶片上相同的第N个的2t时间内的平均速度v1、v2及加速度a1、a2，并通过公式(4)计算F粘度。为了探讨压陷力对测试球在胶片上运动的加速度的影响，通过本发明的胶料表面粘性测量装置进行试验性探究。在具体实施时，可在单次试验中获得多组数据，并利用计算机进行数据的处理，可获得胶料的多组测量值，使用统计学的方法对数据进行处理，获得的胶料的F粘度，并利用最小二乘法或其他方法进行优化分析实时粘滞力F粘度的数据，求得实时粘滞力F粘度的合理的数值。为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。将同一胶片样品分割成10份，将其中的5份的胶面上贴一层玻璃纸，分别作为二号胶片，剩下5份分别作为一号胶片，不作处理。胶片长度均为250mm。每片胶片做五组实验，每组实验中小球的释放高度(以mm为单位)不同。组数12345高度1217222732测试球3在测量装置中运动时，通过CCD工业相机1进行周期性抓拍；图像获得后，选取测试球3运动稳定时段内的照片，以连续图像三张为一组，分别在十次运动图像中选取1组相同时段的图像，进行图像处理，并通过计算获得不同运动的加速度。一号胶片在不同高度释放，所测得的加速度值如下：二号胶片在不同高度释放，所测得的加速度值如下：对1号胶片与2号胶片所测得的加速对进行差值分析：由上表的实验数据进行图表分析，得到如图4、图5所示。由上表可以看出，在有无玻璃纸的情况下对比，可以看出，粘度力对小球减速所做出的“贡献”很低。粘度力所引起的加速度值，占总减速度值的15％左右。因此，通过本发明所述的方法通过克服压陷力的影响，可以有效提高对粘滞力的测量精度。而在具体测量时，可以通过多组实验获得多组数据，通过对数据进行再处理，提高测试精度。实施例一：一次实验，获取五组数据测量方法如下：步骤1：将同一胶片样品分割成2份，将其中的一份的胶面上贴一层玻璃纸，分别将被测胶料固定安装在胶料表面粘性测量装置；步骤2：将测量装置进行调平，两次测试都在相同高度释放测试球；步骤3：测试球在测量装置中运动时，通过CCD工业相机进行周期性抓拍；步骤4：图像获得后，选取测试球运动稳定时段内的照片，以连续图像三张为一组，分别在两次运动图像中选取5组相同时段的图像，进行图像处理；步骤5：分别计算测试球在一号胶片和二号胶片上的平均速度及加速度，并计算粘滞力的值；步骤6：对五组粘滞力的计算值取平均值作为测试结果。实施例二：五次实验，获取五组数据测量方法如下：步骤1：将同一胶片样品分割成10份，将其中的5份的胶面上贴一层玻璃纸，分别将被测胶料固定安装在胶料表面粘性测量装置；步骤2：将测量装置进行调平，测试过程中都在相同高度释放测试球；步骤3：测试球在测量装置中运动时，通过CCD工业相机1进行周期性抓拍；步骤4：图像获得后，选取测试球运动稳定时段内的照片，以连续图像三张为一组，分别在十次运动图像中选取1组相同时段的图像，进行图像处理；步骤5：分别计算测试球在一号胶片和二号胶片上的平均速度及加速度，将五组一号胶片上的平均速度、加速度数值取平均值分别作为平均速度、加速度测试结果，将五组二号胶片上的平均速度、加速度数值取平均值分别作为平均速度、加速度测试结果；步骤6：将一号胶片、二号胶片上的平均速度、加速度测试结果带入公式中进行计算粘滞力。实施例三：五次实验，从不同高度释放测量方法如下：步骤1：将同一胶片样品分割成10份，将其中的5份的胶面上贴一层玻璃纸，分别将被测胶料固定安装在胶料表面粘性测量装置；步骤2：将测量装置进行调平，在一号胶片测试过程中分别从5个不同高度释放测试球，在二号胶片测试过程中分别从与一号胶片测试过程中5个对应高度释放测试球；步骤3：测试球在测量装置中运动时，通过CCD工业相机进行周期性抓拍；步骤4：图像获得后，选取测试球运动稳定时段内的照片，以连续图像三张为一组，分别在十次运动图像中选取1组相同时段的图像，进行图像处理；步骤5：分别计算测试球在一号胶片和二号胶片上的平均速度及加速度，将五组一号胶片上的平均速度、加速度数值取平均值分别作为平均速度、加速度测试结果，将五组二号胶片上的平均速度、加速度数值取平均值分别作为平均速度、加速度测试结果；步骤6：将一号胶片、二号胶片上的平均速度、加速度测试结果带入公式中进行计算粘滞力。实施例四：从同一高度释放多个测试球步骤1：将同一胶片样品分割成2份，将其中的一份的胶面上贴一层玻璃纸，分别将被测胶料固定安装在胶料表面粘性测量装置；步骤2：将测量装置进行调平，两次测试都在相同高度分别释放三个测试球；步骤3：测试球在测量装置中运动时，通过CCD工业相机进行周期性抓拍；步骤4：图像获得后，选取测试球运动稳定时段内的照片，以连续图像三张为一组，分别在两次运动图像中选取1组相同时段的图像，进行图像处理；步骤5：分别计算三个测试球在一号胶片和二号胶片上的平均速度及加速度，并计算粘滞力的值；步骤6：对三组粘滞力的计算值取平均值作为测试结果。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3