新型电极箔机械强度综合测试仪

　　电极箔是生产铝电解电容器的专用材料，它是在高纯金属铝箔原材料基础上，经电化学腐蚀、化成后达到电解电容器使用技术指标的一种材料，这种材料的质量性能决定着电解电容器的基本技术指标。在电极箔产品质量测试的诸多性能测试项目中，机械强度性能的测试非常重要，其主要包括对铝电极箔抗拉强度和抗弯强度进行试验两个环节。目前国内大部分厂家测试抗拉强度的试验装置为拉力试验机，测试抗弯强度的试验装置为折弯机。不但测试设备成本高昂，而且由于测试过程繁琐，需要人工干预而存在工作效率低下的弊端，更值得一提的是，传统方法所测指标不能完全反映箔片能用于卷绕多小半径的电解电容器。

　　1 一种独创的测试机构和测试思路

　　针对上述问题，我们研究了化成箔生产标准和相关行业标准，采集和分析了大量基于传统拉力试验机和抗弯机测试的实际测试样本和数据；经过对拉力试验机测试抗拉强度的测试规范和折弯机测试抗弯强度的测试规范进行科学分析、判断和综合后，设计了独特的多段同心圆轴梁、样片夹具及负载铜等组成的核心测试机构，提出了科学的测试方案，解决了以上问题。

　　1.1 新颖独特的测试机构

　　核心测试机构的机械结构如图1所示。主要由多段同心圆轴梁、样片夹具、负载铜和支撑机构等部分构成。其核心结构是承载电极箔片的多段同心圆轴梁。如图2所示，它是由10个不同半径尺寸的同心圆轴段构成，它们的半径由细到粗分别为1mm,2mm,…10 mm。其主要功能是实现对电极箔的抗拉强度和抗弯强度进行综合测试，主要测试参数就是同心圆轴段的半径— 数。

　　1.2 科学简捷的测试思路

　　在进行机械强度性能测试前，事先要将待测电极箔冲成120mm-150mm长、10mm宽的测试样片。

　　测试时，首先将悬挂一重200g 负载的测试样片悬搭于半径为10 mm的同心圆轴段上，若箔片不断裂，则移动测试样片使之悬挂于半径为9 mm的同心圆轴段上，再测试箔片是否断裂；如此反复，将箔片从粗到细悬挂于不同半径的同心圆轴段上，直到在某圆轴段上箔片发生断裂为止。记录箔片断裂时所在的圆轴段的数，并输出相关质量信息。

　　此测试机构是通过箔片负重来测试抗拉强度；而通过负重的箔片悬挂于不同半径尺寸的圆轴段所造成的不同折弯严酷程度来测试其抗弯强度，即在越小半径的圆轴段进行的抗弯测试越严酷，其最严酷的抗弯测试是在半径为1 mm同心圆轴段上进行的。可见，这种抗拉和抗弯测试模拟了铝电解电容生产中电极箔的实际工作状态和工作强度。通过试验验证，经其测试通过的电极箔样本应用于铝电解电容器生产中满足所需的技术要求，并呈现出更高的质量品质。与在传统的测试条件下测试通过的电极箔用于生产的情况进行比较，发现此测试方案更加科学、经济和高效。

　　2 系统总体结构及工作原理

　　由上述分析的测试过程，可注意到：若整个测试过程由人为控制，包括将负重箔片移动并悬挂于不同半径的圆轴段、检测在哪个圆轴段箔片断裂、判定箔片质量等环节，那么实际测试的工作效率将非常低下，倘若工人夜班疲劳或为盲目提高测试速度不按照测试规程来进行操作的话，测试结果的准确性将根本无法保证，从而造成人力物力的巨大浪费和经济损失。

　　为此，我 们研制了全自动电极箔机械强度性能测试仪，利用AVR微处理器实现了对整个测试过程的全自动、智能化控制。如图3所示，系统主要分为机械结构和电器控制两大部分。机械结构部分由工作台和承载器、多段同心圆轴梁、丝杠（带导轨）、样片夹具、负载铜以及相关支撑机构等构成；电控部分由ATMEGA16L单片机、步进电机及其驱动单元、旋转编码器位移检测单元、断箔检测单元、上下限位控制单元、左右限位控制单元、中文图形点阵液晶显示单元、键盘控制单元等构成。其原理框图如图4所示。

　　步进电机及其驱动单元由步进电机和步进电机驱动器构成，由单片机发出控制方波脉冲信号到步进电机驱动器控制步进电机动作，带动丝杆进行水平和垂直位移运动。

　　步进电机通过连轴器与旋转编码器连接，其实际运动步数可由旋转编码器检测到并转换成输出脉冲送人单片机处理，以准确测定丝杆运动的绝对位移，防止步进电机误动作造成的测试位移误差，从而实现将样片准确送达到相关同心圆轴段上进行测试的目的。

　　上、下限位控制单元分别由2个霍尔传感器对多段同心圆轴梁的上下运动进行限位，控制其上下运动范围，防止发生误动作。

　　左、右限位控制单元分别由2个霍尔传感器对工作台和承载器的左右运动进行限位，控制其左右运动范围，防止发生误动作。

　　当箔片发生断裂时，负载铜坠落到工作台上，引发工作台上的断箔检测系统动作输出信号到单片机，驱动报警系统发出报警，同时对箔片质量状况进行判断，并用中文输出相关质量结论信息。

　　3 系统全自动测试工作过程

　　系统上电后自动完成复位操作，控制垂直方向的步进电机带动多段同心圆轴梁向下运动复位于下限位，控制水平方向的步进电机带动工作台和承载器向右运动复位于半径为10 mm的同心圆轴段的正下方。

　　手动将两端悬挂一重200g 负载铜的测试样片悬搭于半径为10 mm的同心圆轴段上，此时负载铜被置于承载器中等待测试，按动“测试”按钮，系统进人全自动、智能化测试过程。

　　多段同心圆轴梁向上运动，使负重样片悬挂于10 mm测试段测试一段时间观察是否断裂；若不断裂，则多段同心圆轴梁由上向下运动到下限位将负重样片放置于承载器中；待稳定后，控制水平方向的步进电机在旋转编码器准确的位移检测控制下，将带有负重样片的工作台和承载器送达半径为9 mm的同心圆轴段的正下方；随后多段同心圆轴梁从下向上运动使负重样片处于悬挂测试状态一段时间，若此时负重样片仍不断裂，则如前述工作方式，负重样片将被继续运送到更细的同心圆轴段上进行机械强度性能测试，直到样片断裂、负载铜坠落到工作台上被断箔检测系统探测到并发出报警；微控制器根据负重样片断裂时所在的同心圆轴段的位置得到相应的数信息，智能判断样片的机械强度性能是否达标，并将相关结论性质量信息显示输出。至此，全自动测试过程结束。如要进行下一次的测试，按“复位”按钮，系统将自动复位到初始位置，等待下一次测试。本测试仪也设置了相关控制按键实现手动控制测试过程。

　　若当样片被运送到最细的同心圆轴段（即半径为1 mm）进行测试时，若仍没有发生箔片断裂现象，则箔片被继续向右运送直到圆轴梁的右限位停止。可见，此被测样片的机械强度性能十分优越，性能参数—数小于，同样系统输出相关结论信息。

　　综上所述 ，本系统能自动实现整个巾数测试的全过程，从而彻底消除了人为因素的影响，大大提高了测试效率和测试质量。

　　4 结束语

　　本系统主要创新点在于：

　　a）独特的测试思路，所测指标综合反映抗拉与抗折指标，更适合实际需要；

　　b）以多段同心圆轴梁为核心，配合样片夹具、负载设计的测试机构；

　　c）采用AVR微处理器实现对整个测试过程的全自动、智能化控制，在不需人为干预的情况下完成测试过程并显示工作状态和测试结果，测试效率显着提高。