Wprowadzenie
Słowo "reologia" składa się z dwóch greckich rdzeni "rheos" (płynąć) i "-logia" (nauka). Odnosi się do badania przepływu i odkształcania materiałów w określonych warunkach (temperatura, szybkość ścinania itp.). W przypadku większości materiałów właściwości te są silnie uzależnione od prędkości procesu. Na przykład, ogólnie rzecz biorąc, polimery są rozrzedzane ścinaniem; oznacza to, że ich lepkość ścinania lub opór przepływu zmniejsza się wraz ze wzrostem szybkości ścinania. W przeciwieństwie do tego, niektóre materiały wykazują zachowanie ścinające. Przykładem classic z kuchni jest zawiesina skrobi w wodzie. Przy powolnym ruchu można ją mieszać; szybsze ścinanie prowadzi do silnego wzrostu lepkości ścinania, a dyspersja staje się twarda.
Ze względu na silną zależność szybkości ścinania od właściwości reologicznych, charakterystyka musi być przeprowadzona w warunkach zorientowanych na proces, aby była decydująca. Dostępne są dwie metody pomiarowe. Podczas gdy reometr kapilarny Rosand rejestruje warunki szybkich procesów, takich jak formowanie wtryskowe, reometr rotacyjny Kinexus nadaje się do zastosowań o wolniejszej szybkości ścinania, takich jak przepływ keczupu z butelki i jego struktura na talerzu.
Reometr rotacyjny Kinexus posiada również, do tych pomiarów, czuły czujnik siły normalnej o wysokiej rozdzielczości siły, za pomocą którego siła może być mierzona w kierunku pionowym. To, w połączeniu z wysoką rozdzielczością przemieszczenia i dużą szybkością transmisji danych, umożliwia kwantyfikację percepcji sensorycznej oprócz klasycznych badań reologicznych. Na przykład Kinexus może być używany do symulacji ruchów języka względem podniebienia, gdy czekolada topi się w ustach (więcej informacji można znaleźć tutaj ).
W dalszej części regulacja siły normalnej Kinexus zostanie wykorzystana do ilościowego określenia zachowania dotykowego plastikowej klawiatury foliowej.
Zadanie i cel
W projekcie rozwoju nowego produktu ma zostać wykorzystana nowa klawiatura z folii plastikowej. Jej przełącznik przyciskowy ma mieć takie samo dotykowe sprzężenie zwrotne, jak przełączniki szeregowej klawiatury foliowej w poprzednich produktach. Aby to osiągnąć, siła wyzwalająca seryjnej klawiatury z folii plastikowej jest określana za pomocą reometru obrotowego Kinexus i jest określana jako metryka dla nowej klawiatury z folii plastikowej.
Próbki i metody pomiarowe
Pomiary przeprowadzono na czterech przełącznikach plastikowej klawiatury foliowej przedstawionej na rysunku 1. Przełączniki zostały nazwane w tabeli 1 zgodnie z ich symbolami.
Tabela 1: Oznaczenie czterech przełączników
| Oznaczenie | Symbol |
|---|---|
| Przełącznik 1 | Strzałka |
| Przełącznik 2 | Słońce |
| Przełącznik 3 | Linie |
| Przełącznik 4 | Tryb gotowości |
Plastikowa klawiatura foliowa została przecięta na dwie części w celu uniknięcia przewrócenia podczas badania. Dodatkowo usunięto elastyczny przewód. Przygotowaną klawiaturę z folii plastikowej położono na dolnej płycie pomiarowej reometru rotacyjnego Kinexus (patrz rysunek 2).
W dziale prototypowania na miejscu do produkcji mechanicznej, 8-milimetrowa jednorazowa geometria płyty wykonana z aluminium została obrócona o 5,4 mm (patrz rysunek 3). Miało to na celu zapewnienie, że mierzony jest wyłącznie przełącznik.
Górna geometria pomiarowa została podjechana do klawiatury. Następnie klawiatura została ustawiona w taki sposób, że geometria pomiarowa została umieszczona nad przełącznikiem przyciskowym (patrz rysunek 4).
Przeprowadzono trzy pomiary dla każdego przełącznika. W tym celu zastosowano wstępną siłę (ściskanie). W tym momencie wartość przemieszczenia jest ustawiana na zero. Następnie definiowana jest maksymalna wartość siły, przy której test jest kończony przez oprogramowanie pomiarowe i oceniające, rSpace. Po osiągnięciu wstępnej siły system pomiarowy porusza się z prędkością 0,01 mm/s w kierunku klawiatury z folii z tworzywa sztucznego, aż do osiągnięcia maksymalnej siły.
Na rysunku 5, jako przykład, przedstawiono wynikowy wykres NapięcieOdkształcenie opisuje deformację materiału, który jest obciążony mechanicznie przez siłę zewnętrzną lub naprężenie. Mieszanki gumowe wykazują właściwości pełzania, jeśli zastosowane zostanie obciążenie statyczne.obciążenie-przemieszczenie. Siła wyzwalająca pojawia się jako lokalne maksimum. Po przekroczeniu siły wyzwalającej, mniejsza siła jest potrzebna do naciśnięcia przycisku, aż zostanie on wciśnięty po uderzeniu; siła następnie wzrasta liniowo, aż do osiągnięcia wartości wyłączenia siły.
Wyniki pomiarów
Rysunek 6 przedstawia wykres NapięcieOdkształcenie opisuje deformację materiału, który jest obciążony mechanicznie przez siłę zewnętrzną lub naprężenie. Mieszanki gumowe wykazują właściwości pełzania, jeśli zastosowane zostanie obciążenie statyczne.obciążenie-przemieszczenie dla trzech przełączników przyciskowych. Na osi y pokazana jest siła, a oś x pokazuje przemieszczenie. Trzy krzywe pokazane w innych kolorach dla każdego wykresu przedstawiają trzy testy dla każdego przełącznika.
Rysunek 7 przedstawia wyniki pomiarów testu laboratoryjnego. Na osi y pokazano siłę wyzwalającą. Oś x pokazuje odpowiednie przełączniki przyciskowe. Na rysunku 6 przedstawiono ocenę lokalnych maksimów.
Przeprowadzono kolejny test ze zwiększoną prędkością testowania, aby upewnić się, że nie występują odchylenia large ze względu na prędkość testowania (patrz rysunek 8). Tutaj jednak nie było różnic w sile wyzwalającej. Różnice w progresji siły mieszczą się w zakresie odtwarzalności (patrz także rysunek 6).
Ponadto przetestowano alternatywne klawiatury. Odchylenia można zaobserwować w progresji siły i siłach potknięcia, jak pokazano na rysunku 9 z alternatywnym przykładem.
Podsumowanie
Dzięki czułej regulacji siły normalnej i dużej szybkości transmisji danych, reometr rotacyjny Kinexus został wykorzystany do określenia zachowania haptycznego czterech przełączników przyciskowych plastikowej klawiatury foliowej. Wyniki pokazują, że siła wyzwalająca może być mierzona w sposób powtarzalny. Pozwala to na określenie standardu dotykowego sprzężenia zwrotnego i porównanie go z alternatywnymi rozwiązaniami.
Precyzja, innowacja, zaufanie - technologia pomiarowa WIKA
Od ponad 75 lat WIKA jest synonimem precyzji i innowacji w technologii pomiarowej. Jako wiodący globalny partner, WIKA oferuje rozwiązania do pomiaru ciśnienia, temperatury, siły, poziomu i przepływu, a także kalibracji i zarządzania gazem SF6.
Zatrudniając około 11 200 pracowników na całym świecie, WIKA opracowuje rozwiązania dostosowane do konkretnych zastosowań we współpracy z uniwersytetami i firmami przemysłowymi. Jej produkty i systemy łączą niezawodność z najnowocześniejszą technologią - dla rozwoju klientów i partnerów.
Oprócz reometru rotacyjnego Kinexus, WIKA współpracuje z uniwersytetami i firmami przemysłowymi DMA 303 Eplexor®® i TMA 402 F3 Hyperion®®. Obie metody są wykorzystywane do określania temperatur roboczych polimerów i materiałów oraz do uzupełniania arkuszy danych technicznych na potrzeby symulacji.