无线在线力学和温度测量方法、装置和应用制造方法及图纸

本发明专利技术涉及无线在线力学和温度测量方法、装置和应用，测量方法包括：设计弹性体，该弹性体既满足使用强度要求，又能通过弹性形变反映待测力学量状态；计算确定弹性体敏感区域，在敏感区域表面设置力学量测量用传感器；在弹性体上寻找温度测量点，在弹性体上设置温度测量传感器，用于测量该温度测量点的温度；通过电磁感应耦合实现力学量测量信号和温度测量信号无线传输；通过电磁感应耦合实现无线供电。本发明专利技术涉及无线在线力学和温度测量方法、装置和应用，测量准确性高、适用性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在线检测、测量领域，具体涉及一种无线在线力学和温度测量方法、装置和应用。
技术介绍
搅拌摩擦焊是一种新型的焊接技术，对焊接技术而言，焊接过程质量控制是热门的研究前沿领域。搅拌摩擦焊是一个复杂的工艺过程，影响搅拌摩擦焊质量的主要因素有搅拌焊头的材料和结构、搅拌焊头旋转速度、焊接速度、压紧力等。搅拌焊头与被焊工件表面之间的压紧力对焊缝的成形有较大的影响。当压紧力不足时，表面热塑性金属上浮，溢出焊接表面，焊缝底部在冷却后会由于金属的上浮而形成孔洞。当压紧力过大时，轴肩与焊件表面摩擦力增大，摩擦热将使轴肩发生粘头现象，使焊缝表面出现飞边、毛刺等缺陷。因此，在焊接过程中获得压紧力的精确值，与运动控制系统构成闭环控制，从而实现焊接过程的恒压力控制是提高搅拌摩擦焊质量的重要途径。然而，由于搅拌摩擦焊装备中压紧力的测量需要在高速旋转的情况下进行长时间连续测量，且测量精度要求高，因此，压紧力测量也是搅拌摩擦焊焊接质量关键因素中最难测量的因素。因此，研究适用于搅拌摩擦焊接过程中压紧力测量的方法和装置具有重要意义。目前，已经尝试了以下方法试图解决这一问题：一、在定轴上安装压力传感器进行间接测量：这种方法采用市场上成熟的压力传感器产品，安装在定轴上设计好的安装空间上，通过对定轴上轴向力的测量间接反映焊接过程中的压紧力。这种方法避免了动轴信号输出的难题，但测量不确定因素多，测量值无法真实反映实际力的大小，且无法通过标定的方法纠正；另一方面，市场货架产品大多在尺寸和强度方面无法满足使用要求，需要定制，定制费用成倍增加，且货期长。二、在动轴上安装压力传感器进行直接测量：这种方法很好地解决了测量准确性的问题，但最大的问题就是动轴上信号的传输，传统传感器采用滑环的方式输出信号。在使用中发现，长时间工作后，滑环极易发热老化，甚至断裂脱落，可靠性差。三、伴随着电子技术和无线通信技术的发展，越来越多地测量场合采用了无线信号传输的方式代替滑环传输，从而实现非接触式压力传感器测量，实现了可靠的力值测量。但目前在无线信号传输方面，一般采用标准的无线模块来实现信号无线传输；在供电方面，一般采用电池供电。这种组成形式的优点是实现了无线信号传输，而且采用货架产品，成本低、可靠性高。但存在以下问题：电池寿命有限，无法实现长时间连续工作；如果增加电池寿命则电池体积重量增加，在高速旋转下的动平衡问题影响测量准确性；现场加工环境下电池的性能具有不确定性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种无线在线力学和温度测量方法、装置和应用，采用无源无线测量方案，测量准确性高、适用性强。为了达到上述的目的，本专利技术提供一种无线在线力学和温度测量方法，包括：（1）设计弹性体，该弹性体既满足使用强度要求，又能通过弹性形变反映待测力学量状态；（2）计算确定弹性体敏感区域，在敏感区域表面设置力学量测量用传感器；在弹性体上寻找温度测量点，在弹性体上设置温度测量传感器，用于测量该温度测量点的温度；（3）通过电磁感应耦合实现力学里量测量信号和温度测量信号无线传输；（4）通过电磁感应耦合实现无线供电。上述无线在线力学和温度测量方法，其中，所述弹性体为机床刀柄。上述无线在线力学和温度测量方法，其中，所述力学量包括轴向力、扭矩和弯矩。本专利技术提供的另一技术方案是一种无线在线力学和温度测量装置，包括弹性体、力学量测量模块、温度测量模块和无线电力和信号混合测量模块；所述弹性体既满足使用强度要求，又能通过弹性形变反映待测力学量状态；所述力学量测量模块和温度测量模块设置在所述弹性体上；所述无线电力和信号混合测量模块包括发射模块和接收模块，所述接收模块设置在所述弹性体上，所述发射模块设置在所述弹性体外；所述力学量测量模块测得的力学量信号和所述温度测量模块测得的温度信号送入所述接收模块，由所述接收模块通过电磁感应耦合将力学量信号和温度信号隔空传递给所述发射模块；所述发射模块通过电磁感应耦合将外部电能传输给所述接收模块，为力学量测量模块和温度测量模块中的电路供电。上述无线在线力学和温度测量装置，其中，所述力学量测量模块包括轴向力测量模块和扭矩测量模块；所述轴向力测量模块包括轴向力应变电桥和轴向力信号处理电路，所述轴向力信号处理电路用于采集、放大轴向力应变电桥测得的微弱轴向力信号；所述扭矩测量模块包括扭矩应变电桥和扭矩信号处理电路，所述扭矩信号处理电路用于采集、放大扭矩应变电桥测得的微弱扭矩信号；所述弹性体具备敏感区域，所述轴向力应变电桥和扭矩应变电桥安装于敏感区域的表面；所述弹性体上设有电路安装区域，所述电路安装区域采用环状结构套设在所述弹性体的敏感区域外，所述轴向力信号处理电路和扭矩信号处理电路安装于所述电路安装区域。上述无线在线力学和温度测量装置，其中，所述接收模块包括信号采样模块、信号处理模块、负载电路和接收感应线圈；所述弹性体上还设有接收模块安装区域，所述接收模块安装区域采用环状结构套设在所述弹性体的敏感区域外；所述信号采样模块、信号处理模块和负载电路安装于所述电路安装区域；所述接收感应线圈和磁芯安装于所述接收模块安装区域；信号采样模块实现微弱信号的放大及调理，信号处理模块将调理放大后的信号进行量化及数字化处理生成数字信号，数字信号加载到负载电路中进行调制，调制信号加载到接收感应线圈上。上述无线在线力学和温度测量装置，其中，所述温度测量模块包括温度传感器和温度信号处理电路，所述温度信号处理电路用于采集、补偿、放大温度传感器测得的微弱温度信号；所述温度传感器安装于温度测量点，所述温度信号处理电路安装于所述电路安装区域。上述无线在线力学和温度测量装置，其中，包括发射感应线圈和转换控制器，所述转换控制器包括高频功率放大电路、高频振荡电路、信号提供处理模块和后处理模块；高频功率放大电路实现外部供电直流电源经逆变加载到电容电感并联结构上，转化为磁场；转轴上的发射感应线圈在变化的磁场中感应产生电势，电势经过高频振荡电路串联谐振补偿后，通过整流和稳压给接收模块电路供电；同时，信号提取处理模块将接收模块通过电磁耦合原理耦合到发射感应线圈上的数字信号进行提取，提取出的数字信号包含了传感器力学和温度测量信息，通过后处理模块进行数字信号处理，最后送到显示屏进行显示，利用电磁感应耦合方式实现电能和信号的同步无线传输。上述无线在线力学和温度测量装置，其中，所述接收模块与发射感应线圈之间有空气间隙，该空气间隙为3～10mm。上述无线在线力学和温度测量装置，其中，所述弹性体为机床刀柄。本专利技术提供的又一技术方案是一种无线在线力学和温度测量装置的应用方法，用于各种机床主轴的力学和温度测量。上述无线在线力学和温度测量装置的应用方法，其中，所述机床为搅拌摩擦焊机床。本专利技术的无线在线力学和温度测量方法、装置和应用，采用电磁感应耦合实现无线信号传输和无线电力传输，避免了使用电池供电，大大提高了测量的准确性；本专利技术只需对机床刀柄进行改造即可实现，可应用于各种机床主轴力学和温度测量，适用性强。附图说明本专利技术的无线在线力学和温度测量方法、装置和应用由以下的实施例及附图给出。图1是本专利技术较佳实施例的无线在线力学和温度测量装置的结构示意图。图2是本专利技术较佳实施例的无线在线力学和温度测量装置的电路原理框图。具体实施方式以下将结合图本文档来自技高网...

【技术保护点】
无线在线力学和温度测量方法，其特征在于，包括：（1）设计弹性体，该弹性体既满足使用强度要求，又能通过弹性形变反映待测力学量状态；（2）计算确定弹性体敏感区域，在敏感区域表面设置力学量测量用传感器；在弹性体上寻找温度测量点，在弹性体上设置温度测量传感器，用于测量该温度测量点的温度；（3）通过电磁感应耦合实现力学里量测量信号和温度测量信号无线传输；（4）通过电磁感应耦合实现无线供电。

【技术特征摘要】
1.无线在线力学和温度测量方法，其特征在于，包括：（1）设计弹性体，该弹性体既满足使用强度要求，又能通过弹性形变反映待测力学量状态；（2）计算确定弹性体敏感区域，在敏感区域表面设置力学量测量用传感器；在弹性体上寻找温度测量点，在弹性体上设置温度测量传感器，用于测量该温度测量点的温度；（3）通过电磁感应耦合实现力学里量测量信号和温度测量信号无线传输；（4）通过电磁感应耦合实现无线供电。2.如权利要求1所述的无线在线力学和温度测量方法，其特征在于，所述弹性体为机床刀柄。3.如权利要求1所述的无线在线力学和温度测量方法，其特征在于，所述力学量包括轴向力、扭矩和弯矩。4.无线在线力学和温度测量装置，其特征在于，包括弹性体、力学量测量模块、温度测量模块和无线电力和信号混合测量模块；所述弹性体既满足使用强度要求，又能通过弹性形变反映待测力学量状态；所述力学量测量模块和温度测量模块设置在所述弹性体上；所述无线电力和信号混合测量模块包括发射模块和接收模块，所述接收模块设置在所述弹性体上，所述发射模块设置在所述弹性体外；所述力学量测量模块测得的力学量信号和所述温度测量模块测得的温度信号送入所述接收模块，由所述接收模块通过电磁感应耦合将力学量信号和温度信号隔空传递给所述发射模块；所述发射模块通过电磁感应耦合将外部电能传输给所述接收模块，为力学量测量模块和温度测量模块中的电路供电。5.如权利要求4所述的无线在线力学和温度测量装置，其特征在于，所述力学量测量模块包括轴向力测量模块和扭矩测量模块；所述轴向力测量模块包括轴向力应变电桥和轴向力信号处理电路，所述轴向力信号处理电路用于采集、放大轴向力应变电桥测得的微弱轴向力信号；所述扭矩测量模块包括扭矩应变电桥和扭矩信号处理电路，所述扭矩信号处理电路用于采集、放大扭矩应变电桥测得的微弱扭矩信号；所述弹性体具备敏感区域，所述轴向力应变电桥和扭矩应变电桥安装于敏感区域的表面；所述弹性体上设有电路安装区域，所述电路安装区域采用环状结构套设在所述弹性体的敏感区域外，所述轴向力信号处理电路和扭矩信号处理电路安装于所述电路安装区域。6.如权利要求4所述的无线在线力学...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘秀芳，王海勇，王江，梁世盛，杨洋，郭立杰，曹晓，
申请(专利权)人：上海航天设备制造总厂，
类型：发明
国别省市：上海;31