無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量方法、裝置和應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明涉及無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量方法、裝置和應(yīng)用，測(cè)量方法包括：設(shè)計(jì)彈性體，該彈性體既滿足使用強(qiáng)度要求，又能通過(guò)彈性形變反映待測(cè)力學(xué)量狀態(tài)；計(jì)算確定彈性體敏感區(qū)域，在敏感區(qū)域表面設(shè)置力學(xué)量測(cè)量用傳感器；在彈性體上尋找溫度測(cè)量點(diǎn)，在彈性體上設(shè)置溫度測(cè)量傳感器，用于測(cè)量該溫度測(cè)量點(diǎn)的溫度；通過(guò)電磁感應(yīng)耦合實(shí)現(xiàn)力學(xué)量測(cè)量信號(hào)和溫度測(cè)量信號(hào)無(wú)線傳輸；通過(guò)電磁感應(yīng)耦合實(shí)現(xiàn)無(wú)線供電。本發(fā)明涉及無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量方法、裝置和應(yīng)用，測(cè)量準(zhǔn)確性高、適用性強(qiáng)。
【專利說(shuō)明】無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量方法、裝置和應(yīng)用
[0001]_
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及在線檢測(cè)、測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量方法、裝置和應(yīng)用。
[0003]_
【背景技術(shù)】
[0004]攪拌摩擦焊是一種新型的焊接技術(shù)，對(duì)焊接技術(shù)而言，焊接過(guò)程質(zhì)量控制是熱門的研究前沿領(lǐng)域。攪拌摩擦焊是一個(gè)復(fù)雜的工藝過(guò)程，影響攪拌摩擦焊質(zhì)量的主要因素有攪拌焊頭的材料和結(jié)構(gòu)、攪拌焊頭旋轉(zhuǎn)速度、焊接速度、壓緊力等。攪拌焊頭與被焊工件表面之間的壓緊力對(duì)焊縫的成形有較大的影響。當(dāng)壓緊力不足時(shí)，表面熱塑性金屬上浮，溢出焊接表面，焊縫底部在冷卻后會(huì)由于金屬的上浮而形成孔洞。當(dāng)壓緊力過(guò)大時(shí)，軸肩與焊件表面摩擦力增大，摩擦熱將使軸肩發(fā)生粘頭現(xiàn)象，使焊縫表面出現(xiàn)飛邊、毛刺等缺陷。因此，在焊接過(guò)程中獲得壓緊力的精確值，與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的恒壓力控制是提高攪拌摩擦焊質(zhì)量的重要途徑。然而，由于攪拌摩擦焊裝備中壓緊力的測(cè)量需要在高速旋轉(zhuǎn)的情況下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)測(cè)量，且測(cè)量精度要求高，因此，壓緊力測(cè)量也是攪拌摩擦焊焊接質(zhì)量關(guān)鍵因素中最難測(cè)量的因素。因此，研究適用于攪拌摩擦焊接過(guò)程中壓緊力測(cè)量的方法和裝置具有重要意義。
[0005]目前，已經(jīng)嘗試了以下方法試圖解決這一問(wèn)題:
一、在定軸上安裝壓力傳感器進(jìn)行間接測(cè)量:這種方法采用市場(chǎng)上成熟的壓力傳感器產(chǎn)品，安裝在定軸上設(shè)計(jì)好的安裝空間上，通過(guò)對(duì)定軸上軸向力的測(cè)量間接反映焊接過(guò)程中的壓緊力。這種方法避免了動(dòng)軸信號(hào)輸出的難題，但測(cè)量不確定因素多，測(cè)量值無(wú)法真實(shí)反映實(shí)際力的大小，且無(wú)法通過(guò)標(biāo)定的方法糾正;另一方面，市場(chǎng)貨架產(chǎn)品大多在尺寸和強(qiáng)度方面無(wú)法滿足使用要求，需要定制，定制費(fèi)用成倍增加，且貨期長(zhǎng)。
[0006]二、在動(dòng)軸上安裝壓力傳感器進(jìn)行直接測(cè)量:這種方法很好地解決了測(cè)量準(zhǔn)確性的問(wèn)題，但最大的問(wèn)題就是動(dòng)軸上信號(hào)的傳輸，傳統(tǒng)傳感器采用滑環(huán)的方式輸出信號(hào)。在使用中發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)時(shí)間工作后，滑環(huán)極易發(fā)熱老化，甚至斷裂脫落，可靠性差。
[0007]三、伴隨著電子技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多地測(cè)量場(chǎng)合采用了無(wú)線信號(hào)傳輸?shù)姆绞酱婊h(huán)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)非接觸式壓力傳感器測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了可靠的力值測(cè)量。但目前在無(wú)線信號(hào)傳輸方面，一般采用標(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)無(wú)線傳輸;在供電方面，一般采用電池供電。這種組成形式的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了無(wú)線信號(hào)傳輸，而且采用貨架產(chǎn)品，成本低、可靠性高。但存在以下問(wèn)題:電池壽命有限，無(wú)法實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作;如果增加電池壽命則電池體積重量增加，在高速旋轉(zhuǎn)下的動(dòng)平衡問(wèn)題影響測(cè)量準(zhǔn)確性;現(xiàn)場(chǎng)加工環(huán)境下電池的性能具有不確定性。
[0008]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量方法、裝置和應(yīng)用，采用無(wú)源無(wú)線測(cè)量方案，測(cè)量準(zhǔn)確性高、適用性強(qiáng)。
[0010]為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明提供一種無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量方法，包括:(I)設(shè)計(jì)彈性體，該彈性體既滿足使用強(qiáng)度要求，又能通過(guò)彈性形變反映待測(cè)力學(xué)量狀態(tài)；(2)計(jì)算確定彈性體敏感區(qū)域，在敏感區(qū)域表面設(shè)置力學(xué)量測(cè)量用傳感器;在彈性體上尋找溫度測(cè)量點(diǎn)，在彈性體上設(shè)置溫度測(cè)量傳感器，用于測(cè)量該溫度測(cè)量點(diǎn)的溫度；(3)通過(guò)電磁感應(yīng)耦合實(shí)現(xiàn)力學(xué)里量測(cè)量信號(hào)和溫度測(cè)量信號(hào)無(wú)線傳輸；(4)通過(guò)電磁感應(yīng)耦合實(shí)現(xiàn)無(wú)線供電。
[0011]上述無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量方法，其中，所述彈性體為機(jī)床刀柄。
[0012]上述無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量方法，其中，所述力學(xué)量包括軸向力、扭矩和彎矩。
[0013]本發(fā)明提供的另一技術(shù)方案是一種無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量裝置，包括彈性體、力學(xué)量測(cè)量模塊、溫度測(cè)量模塊和無(wú)線電力和信號(hào)混合測(cè)量模塊;所述彈性體既滿足使用強(qiáng)度要求，又能通過(guò)彈性形變反映待測(cè)力學(xué)量狀態(tài);所述力學(xué)量測(cè)量模塊和溫度測(cè)量模塊設(shè)置在所述彈性體上;所述無(wú)線電力和信號(hào)混合測(cè)量模塊包括發(fā)射模塊和接收模塊，所述接收模塊設(shè)置在所述彈性體上，所述發(fā)射模塊設(shè)置在所述彈性體外;所述力學(xué)量測(cè)量模塊測(cè)得的力學(xué)量信號(hào)和所述溫度測(cè)量模塊測(cè)得的溫度信號(hào)送入所述接收模塊，由所述接收模塊通過(guò)電磁感應(yīng)耦合將力學(xué)量信號(hào)和溫度信號(hào)隔空傳遞給所述發(fā)射模塊;所述發(fā)射模塊通過(guò)電磁感應(yīng)耦合將外部電能傳輸給所述接收模塊，為力學(xué)量測(cè)量模塊和溫度測(cè)量模塊中的電路供電。
[0014]上述無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量裝置，其中，所述力學(xué)量測(cè)量模塊包括軸向力測(cè)量模塊和扭矩測(cè)量模塊;所述軸向力測(cè)量模塊包括軸向力應(yīng)變電橋和軸向力信號(hào)處理電路，所述軸向力信號(hào)處理電路用于采集、放大軸向力應(yīng)變電橋測(cè)得的微弱軸向力信號(hào);所述扭矩測(cè)量模塊包括扭矩應(yīng)變電橋和扭矩信號(hào)處理電路，所述扭矩信號(hào)處理電路用于采集、放大扭矩應(yīng)變電橋測(cè)得的微弱扭矩信號(hào);所述彈性體具備敏感區(qū)域，所述軸向力應(yīng)變電橋和扭矩應(yīng)變電橋安裝于敏感區(qū)域的表面;所述彈性體上設(shè)有電路安裝區(qū)域，所述電路安裝區(qū)域采用環(huán)狀結(jié)構(gòu)套設(shè)在所述彈性體的敏感區(qū)域外，所述軸向力信號(hào)處理電路和扭矩信號(hào)處理電路安裝于所述電路安裝區(qū)域。
[0015]上述無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量裝置，其中，所述接收模塊包括信號(hào)采樣模塊、信號(hào)處理模塊、負(fù)載電路和接收感應(yīng)線圈;所述彈性體上還設(shè)有接收模塊安裝區(qū)域，所述接收模塊安裝區(qū)域采用環(huán)狀結(jié)構(gòu)套設(shè)在所述彈性體的敏感區(qū)域外;所述信號(hào)采樣模塊、信號(hào)處理模塊和負(fù)載電路安裝于所述電路安裝區(qū)域;所述接收感應(yīng)線圈和磁芯安裝于所述接收模塊安裝區(qū)域;信號(hào)采樣模塊實(shí)現(xiàn)微弱信號(hào)的放大及調(diào)理，信號(hào)處理模塊將調(diào)理放大后的信號(hào)進(jìn)行量化及數(shù)字化處理生成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)加載到負(fù)載電路中進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制信號(hào)加載到接收感應(yīng)線圈上。
[0016]上述無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量裝置，其中，所述溫度測(cè)量模塊包括溫度傳感器和溫度信號(hào)處理電路，所述溫度信號(hào)處理電路用于采集、補(bǔ)償、放大溫度傳感器測(cè)得的微弱溫度信號(hào);所述溫度傳感器安裝于溫度測(cè)量點(diǎn)，所述溫度信號(hào)處理電路安裝于所述電路安裝區(qū)域。
[0017]上述無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量裝置，其中，包括發(fā)射感應(yīng)線圈和轉(zhuǎn)換控制器，所述轉(zhuǎn)換控制器包括高頻功率放大電路、高頻振蕩電路、信號(hào)提供處理模塊和后處理模塊;高頻功率放大電路實(shí)現(xiàn)外部供電直流電源經(jīng)逆變加載到電容電感并聯(lián)結(jié)構(gòu)上，轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng);轉(zhuǎn)軸上的發(fā)射感應(yīng)線圈在變化的磁場(chǎng)中感應(yīng)產(chǎn)生電勢(shì)，電勢(shì)經(jīng)過(guò)高頻振蕩電路串聯(lián)諧振補(bǔ)償后，通過(guò)整流和穩(wěn)壓給接收模塊電路供電；同時(shí)，信號(hào)提取處理模塊將接收模塊通過(guò)電磁耦合原理耦合到發(fā)射感應(yīng)線圈上的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行提取，提取出的數(shù)字信號(hào)包含了傳感器力學(xué)和溫度測(cè)量信息，通過(guò)后處理模塊進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，最后送到顯示屏進(jìn)行顯示，利用電磁感應(yīng)耦合方式實(shí)現(xiàn)電能和信號(hào)的同步無(wú)線傳輸。
[0018]上述無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量裝置，其中，所述接收模塊與發(fā)射感應(yīng)線圈之間有空氣間隙，該空氣間隙為3?10mm。
[0019]上述無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量裝置，其中，所述彈性體為機(jī)床刀柄。
[0020]本發(fā)明提供的又一技術(shù)方案是一種無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量裝置的應(yīng)用方法，用于各種機(jī)床主軸的力學(xué)和溫度測(cè)量。
[0021]上述無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量裝置的應(yīng)用方法，其中，所述機(jī)床為攪拌摩擦焊機(jī)床。
[0022]本發(fā)明的無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量方法、裝置和應(yīng)用，采用電磁感應(yīng)耦合實(shí)現(xiàn)無(wú)線信號(hào)傳輸和無(wú)線電力傳輸，避免了使用電池供電，大大提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性;本發(fā)明只需對(duì)機(jī)床刀柄進(jìn)行改造即可實(shí)現(xiàn)，可應(yīng)用于各種機(jī)床主軸力學(xué)和溫度測(cè)量，適用性強(qiáng)。
[0023]
【附圖說(shuō)明】
[0024]本發(fā)明的無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量方法、裝置和應(yīng)用由以下的實(shí)施例及附圖給出。
[0025]圖1是本發(fā)明較佳實(shí)施例的無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2是本發(fā)明較佳實(shí)施例的無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量裝置的電路原理框圖。
[0027]
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下將結(jié)合圖1?圖2對(duì)本發(fā)明的無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量方法、裝置和應(yīng)用作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0029]無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量方法，包括:
(1)設(shè)計(jì)彈性體，該彈性體既滿足使用強(qiáng)度要求，又又能通過(guò)彈性形變反映待測(cè)力學(xué)量狀態(tài)；
(2)計(jì)算確定彈性體敏感區(qū)域，在敏感區(qū)域表面設(shè)置力學(xué)量測(cè)量用傳感器;在彈性體上尋找溫度測(cè)量點(diǎn)，在彈性體上設(shè)置溫度測(cè)量傳感器，用于測(cè)量該溫度測(cè)量點(diǎn)的溫度；
(3)通過(guò)電磁感應(yīng)耦合實(shí)現(xiàn)力學(xué)量測(cè)量信號(hào)和溫度測(cè)量信號(hào)無(wú)線傳輸；
(4)通過(guò)電磁感應(yīng)親合實(shí)現(xiàn)無(wú)線供電。
[0030]現(xiàn)以攪拌摩擦焊為例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量方法、裝置和應(yīng)用。
[0031]攪拌摩擦焊機(jī)床的刀柄一端與主軸連接，另一端與刀具連接，主軸外套設(shè)主軸軸套。加工過(guò)程中，主軸帶動(dòng)刀柄和刀具高速旋轉(zhuǎn)，刀具通過(guò)接觸對(duì)被加工工件進(jìn)行加工。精確測(cè)量加工過(guò)程中主軸狀態(tài)參數(shù)(軸向力、扭矩和溫度)，與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)控制，對(duì)提高攪拌摩擦焊質(zhì)量具有重要意義。
[0032]本實(shí)施例為精確測(cè)量主軸狀態(tài)參數(shù)，對(duì)刀柄進(jìn)行了改造:I)刀柄采用彈性體，該彈性體既能滿足使用強(qiáng)度要求，又能產(chǎn)生彈性形變，即能準(zhǔn)確反映出加工過(guò)程中的力學(xué)狀態(tài)；
2)彈性體上設(shè)置應(yīng)變片安裝區(qū)域、電路安裝區(qū)域及模塊安裝區(qū)域。
[0033]圖1所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例的無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量裝置的電路原理框圖。
[0034]如圖1和圖2所示，本實(shí)施例的無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量裝置包括彈性體3、軸向力測(cè)量模塊22、扭矩測(cè)量模塊23、溫度測(cè)量模塊24、無(wú)線電力和信號(hào)混合測(cè)量模塊。
[0035]所述彈性體3—端與主軸2連接，另一端與刀具14連接，主軸2外套設(shè)主軸軸套I。所述彈性體3具備敏感區(qū)域25，所述敏感區(qū)域25滿足應(yīng)變敏感程度要求，通過(guò)計(jì)算確定。計(jì)算確定敏感區(qū)域，現(xiàn)有技術(shù)已有成熟方法，本實(shí)施例對(duì)此不展開具體說(shuō)明。所述彈性體3設(shè)有電路安裝區(qū)域4、軸向力應(yīng)變電橋安裝區(qū)域5、溫度測(cè)量模塊安裝區(qū)域6、扭矩應(yīng)變電橋安裝區(qū)域7和接收模塊安裝區(qū)域8;所述軸向力應(yīng)變電橋安裝區(qū)域5和所述扭矩應(yīng)變電橋安裝區(qū)域7設(shè)置在所述敏感區(qū)域25的表面;所述電路安裝區(qū)域4和接收模塊安裝區(qū)域8采用環(huán)狀結(jié)構(gòu)套設(shè)在所述彈性體3的敏感區(qū)域25外;所述溫度測(cè)量模塊安裝區(qū)域6設(shè)于彈性體3連接刀具14的一端。
[0036]所述軸向力測(cè)量模塊22包括軸向力應(yīng)變電橋和軸向力信號(hào)處理電路，其中，所述軸向力應(yīng)變電橋安裝于所述軸向力應(yīng)變電橋安裝區(qū)域5，所述軸向力信號(hào)處理電路安裝于所述電路安裝區(qū)域4，所述軸向力信號(hào)處理電路用于采集、放大軸向力應(yīng)變電橋測(cè)得的微弱軸向力信號(hào)。
[0037]所述扭矩測(cè)量模塊23包括扭矩應(yīng)變電橋和扭矩信號(hào)處理電路，其中，所述扭矩應(yīng)變電橋安裝于所述扭矩應(yīng)變電橋安裝區(qū)域7，所述扭矩信號(hào)處理電路安裝于所述電路安裝區(qū)域4，所述扭矩信號(hào)處理電路用于采集、放大扭矩應(yīng)變電橋測(cè)得的微弱扭矩信號(hào)。
[0038]所述溫度測(cè)量模塊24包括溫度傳感器和溫度信號(hào)處理電路，其中，所述溫度傳感器安裝于所述溫度測(cè)量模塊安裝區(qū)域6，較佳地，所述溫度傳感器通過(guò)安裝套安裝于所述溫度測(cè)量模塊安裝區(qū)域6，所述溫度信號(hào)處理電路安裝于所述電路安裝區(qū)域4，所述溫度信號(hào)處理電路用于采集、補(bǔ)償、放大溫度傳感器測(cè)得的微弱溫度信號(hào)。
[0039]所述無(wú)線電力和信號(hào)混合測(cè)量模塊包括發(fā)射模塊16和接收模塊20。所述發(fā)射模塊16包括發(fā)射感應(yīng)線圈9和轉(zhuǎn)換控制器10，所述發(fā)射感應(yīng)線圈9通過(guò)支架11安裝在所述主軸軸套I上，所述發(fā)射感應(yīng)線圈9通過(guò)電纜12與所述轉(zhuǎn)換控制器10連接，所述轉(zhuǎn)換控制器10通過(guò)電纜與數(shù)控系統(tǒng)13連接。所述轉(zhuǎn)換控制器10安裝于數(shù)控機(jī)柜內(nèi)。
[0040]加工過(guò)程中，主軸2帶動(dòng)彈性體3和刀具14高速旋轉(zhuǎn)，刀具14通過(guò)接觸對(duì)被加工工件15進(jìn)行加工，加工過(guò)程中的軸向力和扭矩傳遞到敏感區(qū)域，被安裝于該敏感區(qū)域表面的軸向力應(yīng)變電橋和扭矩應(yīng)變電橋分別識(shí)別，并分別通過(guò)軸向力信號(hào)處理電路和扭矩信號(hào)處理電路放大后，送入無(wú)線電力和信號(hào)混合傳輸模塊的接收模塊20，溫度傳感器測(cè)量被測(cè)溫度點(diǎn)的溫度，通過(guò)溫度信號(hào)處理電路放大后，送入無(wú)線電力和信號(hào)混合傳輸模塊的接收模塊20，接收模塊20通過(guò)電磁感應(yīng)耦合將軸向力信號(hào)、扭矩信號(hào)和溫度信號(hào)隔空傳遞給發(fā)射感應(yīng)線圈9，經(jīng)轉(zhuǎn)換控制器10處理成可被數(shù)控系統(tǒng)13識(shí)別的電壓信號(hào)并反饋到數(shù)控系統(tǒng)13中，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工過(guò)程中主軸狀態(tài)參數(shù)的閉環(huán)控制。在加工過(guò)程中，無(wú)線電力和信號(hào)混合傳輸中的發(fā)射模塊16通過(guò)電磁感應(yīng)耦合將外部電能傳輸給接收模塊20，為彈性體電路安裝區(qū)域4中的各電路供電。
[0041]如圖2所示，所述接收模塊20包括信號(hào)采樣模塊、信號(hào)處理模塊、負(fù)載電路和接收感應(yīng)線圈21;信號(hào)采樣模塊實(shí)現(xiàn)微弱信號(hào)的放大及調(diào)理，信號(hào)處理模塊將調(diào)理放大后的信號(hào)進(jìn)行量化及數(shù)字化處理生成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)加載到負(fù)載電路中進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制信號(hào)加載到接收感應(yīng)線圈21上，利用電磁耦合方式進(jìn)行電能和信號(hào)的傳輸。所述信號(hào)采用模塊、信號(hào)處理模塊和負(fù)載電路安裝于所述電路安裝區(qū)域4，所述接收感應(yīng)線圈21和磁芯19安裝于所述接收模塊安裝區(qū)域8，所述接收模塊20與發(fā)射感應(yīng)線圈9之間有空氣間隙，該空氣間隙為3?10mm。
[0042]如圖2所示，所述轉(zhuǎn)換控制器10包括高頻功率放大電路、高頻振蕩電路、信號(hào)提取處理模塊和后處理模塊;高頻功率放大電路實(shí)現(xiàn)外部供電直流電源DC24V經(jīng)逆變加載到電容電感并聯(lián)結(jié)構(gòu)上，轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng);轉(zhuǎn)軸(磁芯19)上的發(fā)射感應(yīng)線圈9在變化的磁場(chǎng)中感應(yīng)產(chǎn)生電勢(shì)，電勢(shì)經(jīng)過(guò)高頻振蕩電路串聯(lián)諧振補(bǔ)償后，通過(guò)整流和穩(wěn)壓給接收模塊電路供電；同時(shí)，信號(hào)提取處理模塊將接收模塊通過(guò)電磁耦合原理耦合到發(fā)射感應(yīng)線圈9上的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行提取，提取出的數(shù)字信號(hào)包含了傳感器力學(xué)和溫度測(cè)量信息，通過(guò)后處理模塊進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，最后送到顯示屏進(jìn)行顯示，利用電磁感應(yīng)耦合方式實(shí)現(xiàn)電能和信號(hào)的同步無(wú)線傳輸。較佳地，所述軸向力應(yīng)變電橋安裝區(qū)域5和所述扭矩應(yīng)變電橋安裝區(qū)域7均采用在所述彈性體3上制作凹槽形成，凹槽底端即所述敏感區(qū)域25的表面。所述軸向力應(yīng)變電橋和所述扭矩應(yīng)變電橋均采用半導(dǎo)體應(yīng)變片或箔式應(yīng)變片形式，粘貼于凹槽底端。
[0043]較佳地，所述溫度測(cè)量模塊安裝區(qū)域6通過(guò)在所述彈性體3上制作凹槽和孔形成，使溫度傳感器可測(cè)到被測(cè)溫度點(diǎn)的溫度。
[0044]較佳地，所述電路安裝區(qū)域4及安裝于該電路安裝區(qū)域的各電路采用電路板的形式形成。所述接收模塊安裝區(qū)域8通過(guò)環(huán)氧樹脂進(jìn)行固定、密封。
[0045]本發(fā)明通過(guò)改造刀柄，使刀柄具備測(cè)量功能，通過(guò)電磁感應(yīng)耦合實(shí)現(xiàn)無(wú)線電力和主軸狀態(tài)參數(shù)測(cè)量信號(hào)無(wú)線傳輸，即在不使用電池、無(wú)線信號(hào)發(fā)送模塊、導(dǎo)電滑環(huán)的前提下，實(shí)現(xiàn)了高速旋轉(zhuǎn)主軸的在線力學(xué)和溫度參數(shù)測(cè)量。
[0046]本實(shí)施例的無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量裝置及測(cè)量方法還可測(cè)量彎矩。
[0047]本實(shí)施例的無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量裝置及測(cè)量方法，還可選擇被測(cè)主軸的其他連接件為彈性體。
[0048]本實(shí)施例的無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量裝置及測(cè)量方法也可應(yīng)用于非攪拌摩擦焊接過(guò)程中的高速旋轉(zhuǎn)軸的力學(xué)和溫度測(cè)量。
[0049]本實(shí)施例的無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量裝置及測(cè)量方法可應(yīng)用于各種機(jī)床主軸軸向力和輸出扭矩的測(cè)量，用于主軸的健康監(jiān)測(cè)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸軸向力和扭矩的控制，以滿足加工工藝對(duì)主軸軸向力和扭矩的要求。例如:用于薄壁殼體件的外表面機(jī)加工，控制刀具與工件的法向接觸力在期望的范圍內(nèi)，從而保證薄壁殼體件的變形在期望范圍內(nèi)；用于銑削加工過(guò)程的質(zhì)量監(jiān)控以及刀具狀態(tài)監(jiān)控等。
[0050]本發(fā)明已成功應(yīng)用在攪拌摩擦焊機(jī)床的研制和生產(chǎn)使用中，所測(cè)量的信號(hào)反饋到數(shù)控系統(tǒng)中，構(gòu)成了閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了攪拌摩擦焊接過(guò)程中的恒壓力控制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量方法，其特征在于，包括: (1)設(shè)計(jì)彈性體，該彈性體既滿足使用強(qiáng)度要求，又能通過(guò)彈性形變反映待測(cè)力學(xué)量狀態(tài)； (2)計(jì)算確定彈性體敏感區(qū)域，在敏感區(qū)域表面設(shè)置力學(xué)量測(cè)量用傳感器;在彈性體上尋找溫度測(cè)量點(diǎn)，在彈性體上設(shè)置溫度測(cè)量傳感器，用于測(cè)量該溫度測(cè)量點(diǎn)的溫度； (3)通過(guò)電磁感應(yīng)耦合實(shí)現(xiàn)力學(xué)里量測(cè)量信號(hào)和溫度測(cè)量信號(hào)無(wú)線傳輸； (4)通過(guò)電磁感應(yīng)親合實(shí)現(xiàn)無(wú)線供電。2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量方法，其特征在于，所述彈性體為機(jī)床刀柄。3.如權(quán)利要求1所述的無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量方法，其特征在于，所述力學(xué)量包括軸向力、扭矩和彎矩。4.無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量裝置，其特征在于，包括彈性體、力學(xué)量測(cè)量模塊、溫度測(cè)量模塊和無(wú)線電力和信號(hào)混合測(cè)量模塊； 所述彈性體既滿足使用強(qiáng)度要求，又能通過(guò)彈性形變反映待測(cè)力學(xué)量狀態(tài)； 所述力學(xué)量測(cè)量模塊和溫度測(cè)量模塊設(shè)置在所述彈性體上； 所述無(wú)線電力和信號(hào)混合測(cè)量模塊包括發(fā)射模塊和接收模塊，所述接收模塊設(shè)置在所述彈性體上，所述發(fā)射模塊設(shè)置在所述彈性體外； 所述力學(xué)量測(cè)量模塊測(cè)得的力學(xué)量信號(hào)和所述溫度測(cè)量模塊測(cè)得的溫度信號(hào)送入所述接收模塊，由所述接收模塊通過(guò)電磁感應(yīng)耦合將力學(xué)量信號(hào)和溫度信號(hào)隔空傳遞給所述發(fā)射模塊;所述發(fā)射模塊通過(guò)電磁感應(yīng)耦合將外部電能傳輸給所述接收模塊，為力學(xué)量測(cè)量模塊和溫度測(cè)量模塊中的電路供電。5.如權(quán)利要求4所述的無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量裝置，其特征在于，所述力學(xué)量測(cè)量模塊包括軸向力測(cè)量模塊和扭矩測(cè)量模塊;所述軸向力測(cè)量模塊包括軸向力應(yīng)變電橋和軸向力信號(hào)處理電路，所述軸向力信號(hào)處理電路用于采集、放大軸向力應(yīng)變電橋測(cè)得的微弱軸向力信號(hào);所述扭矩測(cè)量模塊包括扭矩應(yīng)變電橋和扭矩信號(hào)處理電路，所述扭矩信號(hào)處理電路用于采集、放大扭矩應(yīng)變電橋測(cè)得的微弱扭矩信號(hào);所述彈性體具備敏感區(qū)域，所述軸向力應(yīng)變電橋和扭矩應(yīng)變電橋安裝于敏感區(qū)域的表面;所述彈性體上設(shè)有電路安裝區(qū)域，所述電路安裝區(qū)域采用環(huán)狀結(jié)構(gòu)套設(shè)在所述彈性體的敏感區(qū)域外，所述軸向力信號(hào)處理電路和扭矩信號(hào)處理電路安裝于所述電路安裝區(qū)域。6.如權(quán)利要求4所述的無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量裝置，其特征在于，所述接收模塊包括信號(hào)采樣模塊、信號(hào)處理模塊、負(fù)載電路和接收感應(yīng)線圈;所述彈性體上還設(shè)有接收模塊安裝區(qū)域，所述接收模塊安裝區(qū)域采用環(huán)狀結(jié)構(gòu)套設(shè)在所述彈性體的敏感區(qū)域外;所述信號(hào)采樣模塊、信號(hào)處理模塊和負(fù)載電路安裝于所述電路安裝區(qū)域;所述接收感應(yīng)線圈和磁芯安裝于所述接收模塊安裝區(qū)域;信號(hào)采樣模塊實(shí)現(xiàn)微弱信號(hào)的放大及調(diào)理，信號(hào)處理模塊將調(diào)理放大后的信號(hào)進(jìn)行量化及數(shù)字化處理生成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)加載到負(fù)載電路中進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制信號(hào)加載到接收感應(yīng)線圈上。7.如權(quán)利要求4所述的無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量裝置，其特征在于，所述溫度測(cè)量模塊包括溫度傳感器和溫度信號(hào)處理電路，所述溫度信號(hào)處理電路用于采集、補(bǔ)償、放大溫度傳感器測(cè)得的微弱溫度信號(hào);所述溫度傳感器安裝于溫度測(cè)量點(diǎn)，所述溫度信號(hào)處理電路安裝于所述電路安裝區(qū)域。8.如權(quán)利要求4所述的無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量裝置，其特征在于，包括發(fā)射感應(yīng)線圈和轉(zhuǎn)換控制器，所述轉(zhuǎn)換控制器包括高頻功率放大電路、高頻振蕩電路、信號(hào)提供處理模塊和后處理模塊;高頻功率放大電路實(shí)現(xiàn)外部供電直流電源經(jīng)逆變加載到電容電感并聯(lián)結(jié)構(gòu)上，轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng);轉(zhuǎn)軸上的發(fā)射感應(yīng)線圈在變化的磁場(chǎng)中感應(yīng)產(chǎn)生電勢(shì)，電勢(shì)經(jīng)過(guò)高頻振蕩電路串聯(lián)諧振補(bǔ)償后，通過(guò)整流和穩(wěn)壓給接收模塊電路供電；同時(shí)，信號(hào)提取處理模塊將接收模塊通過(guò)電磁耦合原理耦合到發(fā)射感應(yīng)線圈上的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行提取，提取出的數(shù)字信號(hào)包含了傳感器力學(xué)和溫度測(cè)量信息，通過(guò)后處理模塊進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，最后送到顯示屏進(jìn)行顯示，利用電磁感應(yīng)耦合方式實(shí)現(xiàn)電能和信號(hào)的同步無(wú)線傳輸。9.如權(quán)利要求8所述的無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量裝置，其特征在于，所述接收模塊與發(fā)射感應(yīng)線圈之間有空氣間隙，該空氣間隙為3?1mm。10.如權(quán)利要求4至9中任一權(quán)利要求所述的無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量裝置，其特征在于，所述彈性體為機(jī)床刀柄。11.如權(quán)利要求4至9中任一權(quán)利要求所述的無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量裝置的應(yīng)用方法，其特征在于，用于各種機(jī)床主軸的力學(xué)和溫度測(cè)量。12.如權(quán)利要求11所述的無(wú)線在線力學(xué)和溫度測(cè)量裝置的應(yīng)用方法，其特征在于，所述機(jī)床為攪拌摩擦焊機(jī)床。
【文檔編號(hào)】G01D21/02GK106092193SQ201610406277
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月12日
【發(fā)明人】劉秀芳, 王海勇, 王江, 梁世盛, 楊洋, 郭立杰, 曹曉
【申請(qǐng)人】上海航天設(shè)備制造總廠