一种内置式光纤实时连续红外测温刀柄制造技术

一种内置式光纤实时连续红外测温刀柄，其包括光纤红外测温刀柄和上位机数据处理系统，其特征在于所述光纤红外测温刀柄的测温过程是实时连续的，所述的上位机数据处理系统包括数据处理模块、天线、无线数据接收模块、温度数据实时动态显示模块，本发明专利技术将数据采集模块装入刀柄主体内部，通过光纤将刀具切削刃区发出的红外热辐射信号传输到数据采集模块，经光电和A/D转换，无线发射到接收器，再传输到上位机读取并比色转换为温度值实时显示，实现高速切削刀具切削刃区点温度的实时、连续测量并显示。该光纤红外测温刀柄动平衡性能高，适用于HSK、BT、JT等各种刀柄，用于直接、实时、连续测量高速数控铣床和高速加工中心等高速机床刀具的切削温度。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种内置式光纤实时连续红外测温刀柄，其包括光纤红外测温刀柄和上位机数据处理系统，其特征在于所述光纤红外测温刀柄的测温过程是实时连续的，所述的上位机数据处理系统包括数据处理模块、天线、无线数据接收模块、温度数据实时动态显示模块，本专利技术将数据采集模块装入刀柄主体内部，通过光纤将刀具切削刃区发出的红外热辐射信号传输到数据采集模块，经光电和A/D转换，无线发射到接收器，再传输到上位机读取并比色转换为温度值实时显示，实现高速切削刀具切削刃区点温度的实时、连续测量并显示。该光纤红外测温刀柄动平衡性能高，适用于HSK、BT、JT等各种刀柄，用于直接、实时、连续测量高速数控铣床和高速加工中心等高速机床刀具的切削温度。【专利说明】一种内置式光纤实时连续红外测温刀柄
本专利技术涉及一种高速机床用内置式实时连续测温刀柄，尤其适用于高速小直径立铣刀和钻实时连续测量的光纤红外测温刀柄。
技术介绍
当物体的温度处在绝对零度(_273°C )以上时就会发出红外光，于是人们利用红外辐射原理测量物体的表面温度。红外测温系统一般由光学系统、红外探测器、信号处理器和显示输出等部分组成。远距离测温时，光学系统需要采用光纤来传导红外辐射波，称为光纤红外测温。光学系统汇聚其视场内目标的红外辐射能量，送给红外探测器转变成电讯号，通过滤波、放大等处理，再经软件换算得到物体表面温度或温度分布。红外测温技术具有使用方便、快速、准确、非接触无损测量等优点，广泛用于钢铁、冶金、机械加工等行业。在红外测温中，被测温物体材料的发射率随着温度变化而改变，为了消除或有效地减小这一影响，以及减小环境干扰、器件老化等因素带来的测量误差，专利技术了双色红外测温法，也称为比色法或双波段红外测温法。高速铣削和高速钻削过程所产生的切削热，对立铣刀和钻产生热疲劳冲击，加剧刀具磨损破损甚至失效，同时也会影响工件加工精度。由于立铣刀和钻高速旋转，尤其是小直径立铣刀和钻，无法连续测量刀具切削部位的切削温度。现有技术中对于高速铣削、钻削过程，采用切割夹丝热电偶和埋入工件内部的光纤测量刀具切削刃上切割点的切削温度；或者运用红外热成像仪、光纤红外测温法从切出一侧测量切削温度，刀具旋转一周只能测量一次，无法实现实时连续测量并读取、显示温度数据。技术专利CN26525590Y公开了一种应用于加工机床刀具高速旋转情况下的切削过程中切削温度的测量装置。该测温装置在高速旋转的刀具弹簧夹头和刀具之间安装一个具有外环槽的紫铜环套，套连于该外环槽的紫铜线张紧后连接到电子放大器，从工件上引出的紫铜连线也接到电子放大器，当刀具切削工件时形成了自然热电偶，用于直接测量刀具与工件界面温度。该技术采用的是自然热电偶，只能测量刀具和工件接触区的平均温度，无法测量刀具和工件接触区的实时温度，并要求通过切割工件埋入其内部测量定点温度则破坏了工件，而且工件与工件台、刀具与刀柄之间、埋入工件的热电偶丝都需要严格的绝缘处理。申请号为CN201310072128.4的专利技术专利申请文件公开了一种用于高速钻削加工的切削温度监测装置，其温度监测系统安装在温度支架组件之中，温度支架组件设置于切削刀柄主体上，采用存储子模块存储热电偶的热电势信号。该装置结构复杂，装配要求严格，设置于刀柄主体上的温度监测系统和温度支架组件的质量回转半径大，不适用于本专利技术所述的高速旋转，读取温度监测记录时需要拆卸3个零件才能取出存储式温度采集子模块，无法实现直接连续实时读取和显示温度数据，另外该申请中检测系统采用外置方式，结构笨重繁琐，不适宜高速加工领域。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题和不足，本专利技术专利将数据采集模块装入刀柄内部，采用充电电池供电或电刷供电，采用无线传输数据，实现刀具切削温度的实时连续测量和同步显示的目的，同时简化结构，适宜于高速加工领域。为实现上述所述目的，本专利技术通过下述技术方案得以实现的:所述的光纤红外测温刀柄进行加长改进，所述光纤优选为红外光纤，其具有良好的适应恶劣环境和抗振、抗强磁场干扰性能，并且测温范围宽，将并排的2根光纤通过刀具的内冷却孔，直接达到切削刃区，通过光纤把刀具切削刃区发出的红外热辐射信号传导到数据采集模块上的光电探测器，经过光电转换、滤波、放大、A/D转换和微处理器处理，送给无线数据发送模块，无线发送到无线数据接收模块，再传输到上位机上读取并比色转换为温度值实时显示，实现高速切削刀具切削刃区切削温度的直接、实时、连续测量。在所述的测温刀柄主体内孔壁上加工两条平行于轴线的轴向矩形槽，用于安装数据采集模块电路板，使其处于回转中心的位置，减小电路板上处于偏心位置的电子元器件质量产生惯性力，使得测温刀柄能够具备更好的动平衡特性，所述的两条轴向矩形槽带动数据采集模块电路板与刀柄主体同步旋转。在所述的测温刀柄主体内孔壁上加工一条垂直于轴线的周向矩形槽，用于安装内孔挡圈，以便轴向锁住数据采集模块电路板。 将所述的数据采集模块电路板沿着轴向矩形槽推入测温刀柄主体内孔中，将内孔挡圈嵌入周向矩形槽内，从而锁住数据采集模块电路板。所述的光纤连接到数据采集模块上的光电探测器，然后通过刀具内冷却孔，其另一端到达刀具切削刃区内定点位置。所述的光纤传输的红外热辐射信号由数据采集模块采集，再通过数据采集模块无线发送出去，由接收器接收，通过路由器传输到上位机，实现数据采集模块与上位机之间的无线通信。所述的测温刀柄主体上，在垂直于所述数据采集模块电路板的方向加工有四个通孔，其中的靠近夹持槽端的两个通孔中一个用于伸出充电导线，另外一个用于通过红外遥控器遥控红外接收头开关数据采集模块，另外两个靠近弹簧夹头端的通孔中一个用于伸出数据采集模块的无线发送天线，另外一个通孔用于通过电刷供电导线。所述的数据采集模块采用充电电池或电刷两种供电方式，充电导线由所述的测温刀柄主体上一个通孔伸出，连接充电器充电，所以不需要将其取出充电，采用电刷供电时在所述测温刀柄主体外圆柱表面热装紫铜导电环，与电刷接触为所述的数据采集模块供电，此时为连续供电。对所述的数据采集模块电路板上的电子元器件进行了布局设计和动平衡设计，让质量相对较大的电子元器件处于中心轴线的位置，减小不平衡量。试验得到所述的数据采集模块的采样频率达到6700Hz，对于主轴转速为40000rpm的旋转加工刀具，每旋转一周采集10个数据，因此本专利技术足以满足高速和超高速加工过程中刀具切削温度的测量，所述的数据采集模块的采样频率在3300Hz?9000Hz亦能适于本专利技术。所述的上位机数据处理系统包括无线数据接收模块、数据处理模块、无线发送天线、PC上位机，其中PC上位机包括温度数据实时动态显示模块和温度数据回放显示模块，实现温度数据、温度最大值、温度平均值的实时播放。所述的温度数据回放显示模块具有定点、放缩、数据导出功能，方便浏览。与现有的技术比较，本专利技术将数据采集模块装入刀柄主体内部，并且对数据采集模块电路板上的电子元器件进行了布局设计和动平衡设计，将光纤装入刀具内部，所述的数据采集模块与上位机之间采用无线数据传输，所述的数据采集模块采用充电电池供电，一次充电可供一个小时连续测量。本专利技术的优点和效果是:所述的数据采集模块处于回转中心轴线及其附近，缩小了其上不平衡质量的回转半径，尤其适本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内置式光纤实时连续红外测温刀柄，其包括光纤红外测温刀柄和上位机数据处理系统，其特征在于所述光纤红外测温刀柄的测温过程是实时连续的，所述的上位机数据处理系统包括数据采集模块（7）、无线发送天线（16）、无线数据接收模块（20）、PC上位机（21）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谭光宇，李广慧，王震宇，苏颜丽，刘焕牢，
申请(专利权)人：谭光宇，广东海洋大学，
类型：发明
国别省市：