Введение
Слово "реология" состоит из двух греческих корней "rheos" (течь) и "-logy" (наука). Оно относится к изучению текучести и деформации материалов при определенных условиях (температура, скорость сдвига и т.д.). Для большинства материалов эти свойства сильно зависят от скорости процесса. Например, в общем случае полимеры являются сдвигово-утонченными, то есть их сдвиговая вязкость, или сопротивление течению, уменьшается с увеличением скорости сдвига. В отличие от них, некоторые материалы обладают свойством сдвигового уплотнения. Пример classic из кухни - водная суспензия крахмала. При медленном движении ее можно перемешать; более быстрое взбивание приводит к сильному увеличению вязкости при сдвиге, и дисперсия становится твердой.
В связи с такой сильной зависимостью скорости сдвига от реологических свойств определение характеристик должно проводиться в условиях, ориентированных на процесс, чтобы быть решающим. Существуют два метода измерения. В то время как капиллярный реометр Rosand отражает условия быстрых процессов, таких как литье под давлением, ротационный реометр Kinexus подходит для приложений с более медленной скоростью сдвига, таких как вытекание кетчупа из бутылки и его структурирование на тарелке.
Для таких измерений ротационный реометр Kinexus также оснащен чувствительным датчиком нормальной силы с высоким разрешением, с помощью которого можно измерять силу в вертикальном направлении. Это, в сочетании с высоким разрешением по перемещению и высокой скоростью передачи данных, позволяет проводить количественную оценку сенсорного восприятия в дополнение к классическим реологическим исследованиям. Например, Kinexus можно использовать для моделирования движений языка по нёбу при таянии шоколада во рту (подробнее см. здесь ).
Далее регулирование нормальной силы в Kinexus будет использовано для количественной оценки тактильного поведения клавиатуры из пластиковой пленки.
Задача и цель
В рамках проекта по разработке нового продукта предполагается использовать новую клавиатуру из пластиковой пленки. Ее кнопочный переключатель должен иметь такую же тактильную обратную связь, как и переключатели серийной клавиатуры из пластиковой пленки на предыдущих продуктах. Для этого с помощью ротационного реометра Kinexus определяется сила срабатывания серийной клавиатуры из пластиковой пленки, которая задается в качестве метрики для новой клавиатуры из пластиковой пленки.
Образцы и методы измерения
Измерения проводились на четырех переключателях клавиатуры из пластиковой фольги, изображенной на рисунке 1. Названия переключателей приведены в таблице 1 в соответствии с их обозначениями.
Таблица 1: Назначение четырех переключателей
| Обозначение | Символ |
|---|---|
| Переключатель 1 | Стрелка |
| Переключатель 2 | Солнце |
| Переключатель 3 | Линии |
| Переключатель 4 | Резервный |
Для проведения теста клавиатура из пластиковой пленки была распилена на две части, чтобы избежать опрокидывания во время исследования. Кроме того, был удален гибкий провод. Подготовленная клавиатура из пластиковой пленки была положена на нижнюю измерительную пластину ротационного реометра Kinexus (см. рис. 2).
В отделе прототипирования на месте механического производства одноразовая пластина диаметром 8 мм, изготовленная из алюминия, была повернута на 5,4 мм (см. рис. 3). Это было сделано для того, чтобы обеспечить измерение только переключателя.
Верхняя измерительная геометрия была подведена к клавиатуре. После этого клавиатура была ориентирована таким образом, чтобы измерительная геометрия располагалась над кнопочным переключателем (см. рис. 4).
Для каждого переключателя проводилось три измерения. Для этого была приложена предварительная сила (сжатие). В этот момент значение смещения устанавливается на ноль. Затем определяется максимальное значение силы, при котором тест завершается с помощью программы измерения и оценки rSpace. После достижения предварительного усилия измерительная система движется со скоростью 0,01 мм/с по направлению к клавиатуре из пластиковой пленки до достижения максимального усилия.
На рисунке 5 в качестве примера показана диаграмма "нагрузка-перемещение". Сила срабатывания проявляется как локальный максимум. После превышения силы срабатывания для нажатия на кнопку требуется все меньшая сила, пока она не будет продавлена при ударе; после этого сила линейно возрастает до достижения значения отключения силы.
Результаты измерений
На рисунке 6 показана диаграмма "нагрузка-перемещение" для трех кнопочных переключателей. По оси y показана сила, а по оси x - перемещение. Три кривые, показанные другими цветами для каждого участка, отражают три испытания каждого переключателя.
На рисунке 7 показаны результаты измерений в ходе лабораторных испытаний. По оси y показано усилие срабатывания. По оси x показаны соответствующие кнопочные выключатели. На рисунке 6 представлена оценка локальных максимумов.
Для того чтобы убедиться в отсутствии отклонений large из-за скорости испытания, было проведено еще одно испытание с повышенной скоростью испытания (см. рис. 8). Здесь, однако, не было обнаружено различий в силе срабатывания. Различия в прогрессии силы находятся в пределах воспроизводимости (см. также рисунок 6).
Кроме того, были протестированы альтернативные клавиатуры. Как показано на рисунке 9 на примере альтернативных клавиатур, можно заметить отклонения в прогрессии силы и силе срабатывания.
Резюме
Благодаря чувствительной регулировке нормального усилия и высокой скорости передачи данных, ротационный реометр Kinexus был использован для определения тактильного поведения четырех кнопочных переключателей клавиатуры из пластиковой пленки. Результаты показывают, что сила срабатывания может быть измерена с высокой степенью воспроизводимости. Это позволяет определить стандарт тактильной обратной связи и сравнить его с альтернативными вариантами.
Точность, инновации, доверие - измерительная техника от WIKA
Уже более 75 лет компания WIKA олицетворяет собой точность и инновации в измерительной технике. Как ведущий мировой партнер, WIKA предлагает решения для измерения давления, температуры, силы, уровня и расхода, а также для калибровки и управления газом SF6.
Имея около 11 200 сотрудников по всему миру, WIKA разрабатывает специфические решения в сотрудничестве с университетами и промышленными компаниями. Ее продукция и системы сочетают в себе надежность и самые современные технологии - для развития своих клиентов и партнеров.
В дополнение к ротационному реометру Kinexus компания WIKA работает с DMA 303 Eplexor®® и TMA 402 F3 Hyperion®®. Оба метода используются для определения рабочих температур полимеров и материалов, а также для дополнения технических характеристик при моделировании.