[發明專利]一種具有熱防護功能的力熱聯合測試傳感器

有效

• 申請號: 201811299799.3
• 申請日: 2018-11-02
• 公開（公告）號: CN109323724B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 王慶霞;郭維誠;吳重軍;李蓓智;尹玉環;張華德
• 申請（專利權）人: 東華大學;上海航天設備制造總廠有限公司
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;柏子雵

本發明涉及一種具有熱防護功能的力熱聯合測試傳感器，其特征在于，包括力感應模塊、溫度感應模塊、無線信號傳輸模塊、刀具端適配元件和主軸端適配元件，其中：力感應模塊，自由放置于刀具端適配元件和主軸端適配元件中間，并通過定心夾緊模塊定心夾緊，溫度感應模塊中的熱電偶嵌入刀具端適配元件的制孔內，力感應模塊和溫度感應模塊采集的數據通過無線信號傳輸模塊上傳至遠端設備。同時，無線信號傳輸模塊中填充隔熱膠，刀具端適配元件內孔壁上繞有玻璃纖維，外圓周面上制有螺旋散熱槽。本發明提供了一種安裝在主軸前端的，能夠對機械加工、攪拌摩擦焊接等過程中的力和溫度同時進行監測的傳感器。同時避免刀具產生的熱量對感應模塊和信號傳輸的影響。

技術領域

本發明涉及一種用于機械加工、攪拌摩擦焊接等過程中力熱聯合測試的傳感器。

背景技術

在機械加工、攪拌摩擦焊接等過程中，能夠實時對刀具或工件受到的力和熱進行監測，對優化工藝參數，控制產品質量具有重要意義。隨著無線電力輸出技術和信號傳輸技術的快速發展，人們越來越多地研究主軸刀柄式傳感器，并將其運用到實際生產中。中國專利ZL 201210063224.8和ZL 201310520830.2均涉及到了一種先進的旋轉式動態力監測裝置，卻沒有考慮加工中產生的大量熱量對傳感器的影響，特別是對內部電子元器件的影響。實際上，大量數值仿真研究和工程測試表明，加工過程中產生的切削熱或焊接熱，通過刀具或攪拌工具向上傳遞，已嚴重影響了力敏感元件及電子元器件的正常工作，甚至導致測量裝置損壞。目前，獲得加工過程中溫度的方法有事先在工件上打孔并預埋熱電偶，監測范圍受有限布點限制，并且打孔等對工件具有一定的破壞性。熱成像技術可以不會侵擾或者影響被測目標，但測得的是工件或者刀具的表面熱分布場。

發明內容

本發明的目的是：使得對機械加工、攪拌摩擦焊接等過程中的力和熱在線直接測量成為可能，同時也是提高傳感器可靠性和測量精度。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供了一種具有熱防護功能的力熱聯合測試傳感器，其特征在于，包括力感應模塊、溫度感應模塊、無線信號傳輸模塊、刀具端適配元件和主軸端適配元件，其中：

主軸端適配元件，用于與待監測的加工裝備的主軸適配安裝；

刀具端適配元件，用于與待監測的加工裝備的主軸所使用的刀具適配安裝；

力感應模塊，自由放置于刀具端適配元件和主軸端適配元件中間，并通過定心夾緊模塊定心夾緊，力感應模塊用于對待監測的加工裝備通過主軸施加在刀具上的力進行監測，力感應模塊采集的數據通過無線信號傳輸模塊上傳至遠端設備；

溫度感應模塊包括熱電偶和溫度信號轉換模塊，熱電偶嵌入刀具端適配元件內，熱電偶采集的信號通過溫度信號轉換模塊轉換后再由無線信號傳輸模塊上傳至遠端設備。

優選地，在力感應模塊與刀具端適配元件之間設有隔熱元件。

優選地，所述隔熱元件為環氧樹脂硬膠制成的圓環薄片。

優選地，還包括無線供電模塊，由無線供電模塊為所述力感應模塊、溫度感應模塊、無線信號傳輸模塊提供工作電壓。

優選地，所述力感應模塊包括壓電晶體組、膜片、絕緣體、導線、電荷放大單元和殼體，殼體分為上下扣合的上半殼體及下半殼體，上半殼體及下半殼體上下扣合后將壓電晶體組、絕緣體及膜片壓在中間，絕緣體及膜片分別位于壓電晶體組的上下兩側，導線的一端連接壓電晶體組，另一端連接電荷放大單元，電荷放大單元連接所述無線信號傳輸模塊。

優選地，所述定心夾緊模塊包括銷軸和螺旋緊固元件，銷軸貫穿于力感應模塊、刀具端適配元件及主軸端適配元件的中心孔，并用螺旋緊固元件預緊。

優選地，所述刀具端適配元件為中空的階梯軸，其內孔的壁上繞有玻璃纖維，刀具端適配元件下端的外圓周面上加工出梯形的螺旋槽。