基于红外热成像的机床切削热监控系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种基于红外热成像的机床切削热监控系统，该系统由依次连接的底座(1)、支撑杆(7)、固定座(6)、连接杆(2)，与连接杆(2)杆体上相连的万向球轴承(3)、陀螺仪(5)，以及安装在连接杆(2)杆体头端的红外线热成像仪(4)组成；底座(1)上设有与外接电路相连的电源线(8)；固定座通过支撑杆与底座相连，红外线热成像仪与陀螺仪安装于万向球轴承上，万向球轴承通过连接杆与固定座相连。本实用新型专利技术具有方便操作，稳定可靠等优点。

Thermal monitoring system of machine tool cutting based on infrared thermal imaging

The utility model provides a machine tool cutting heat monitoring system based on infrared thermal imaging, the system is composed of a base connected in turn (1), the support rod (7), a fixed seat (6), (2), a connecting rod and connecting rod (2) is connected with the universal ball bearing on the rod body (3) and (5), and the gyroscope is installed in the connecting rod (2) of infrared thermal imaging rod head end (4); the base (1) is arranged on the power line is connected with the external circuit (8); the fixed seat through the supporting rod and is connected to the base, and the infrared thermal imaging instrument mounted on the gimbal gyroscope ball bearing, ball bearing connecting rod is connected with the fixed seat through. The utility model has the advantages of convenient operation, stable and reliable and the like.

【技术实现步骤摘要】
基于红外热成像的机床切削热监控系统
本技术涉及一种监控系统，特别是一种基于红外热成像的机床切削热监控系统。
技术介绍
在高速切削加工中，几乎所有的切削力所做的功均转化成了热；主变形区内的高温使得加工件材料被软化，从而使得切削力及进一步切削所需要的能量降低；次变形区内的高温又改变了刀—屑的摩擦状况而影响到两者的接触特性，进而对主、次变形区的形状和位置、最高位都出现的位置以及刀具与材料间温度的分配等产生影响。由此可见，切削热及温度问题都是研究高速切削的重要内容之一，也是进行高速切削工艺分析和优化的主要依据。对目前的切削温度测量方法主要分为三种，包括热电偶法、光辐射法、热辐射法等几种常用的切削方法。热红外辐射法根据物体表面辐射出的热能，测量物体表面的温度，既可测量温度场，也可测量单点温度。但由于切屑的干扰，测量位置必须谨慎选择。大多数金属在高温氧化后的表面辐射率都有很大变化，也会影响到测量结果。使用红外辐射高温计可测定刀具或工件表面的温度分布。红外探测器将接收的红外线转换为电信号，经线性化处理后即可获得相应的温度值。本专利技术装置为“防抖动切削温度测量装置”，当红外测温装置放置于机床平台上进行监测时，车刀于零件上加工会使车床平台产生震动，从而使热红外测温镜头晃动，对检测切削区域的温度场监测范围偏差，导致监测的温度精度不高。本装置是一种辅助监测的装置，一种能消除加工平台抖动带来的影响，同时可以装夹手持式热红外仪的试验台。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是：提供一种基于红外热成像的机床切削热监控系统，以克服监测机床加工过程中的切削温度检测时由操作平台晃动、不稳引起的数据误差等缺陷。本技术解决其技术问题采用以下的技术方案：本技术提供的基于红外热成像的机床切削热监控系统，其由依次连接的底座、支撑杆、固定座、连接杆，与连接杆杆体上相连的万向球轴承、陀螺仪，以及安装在连接杆杆体头端的红外线热成像仪组成，其中：底座设有与外接电路相连的电源线；固定座通过支撑杆与底座相连，红外线热成像仪与陀螺仪安装于万向球轴承上，万向球轴承通过连接杆与固定座相连。所述的底座内部装有集成电路板，该电路板上的电源接口通过电源线与外接电源相连。所述的集成电路板上设有单片机电路，该电路包括单片机和线路。所述的连接杆有多根，均匀分布在固定座的侧边。所述的连接杆，其内端头通过铰接方式与固定座侧边相连；其杆体上各装有一个万向球轴承和陀螺仪；其外端头通过螺栓锁紧方式各装有一个红外线热成像仪。所述的万向球轴承采用用于控制红外热成像仪与压电陀螺仪运动的万向球轴承。所述的陀螺仪采用用于控制红外热成像仪运动的压电陀螺仪。所述的支撑杆，其两端通过螺栓连接方式分别与底座、固定座的中心处相连。本技术与现有技术相比具有以下的主要有益效果：1.将技术已相对成熟，但尚未被大规模运用于工业领域的热成像技术创新性的用于切削热的测量和监控研究。2.结合热红外成像仪，通过加装视频采集通路，达到实时、精确监控切削加工过程中切削热的应用的目标。3、由于其可以防止镜头抖动，极大的提升了测量精度。通过安装于红外线热成像仪上的陀螺仪来保证三个红外线热成像镜头始终以所设定的角度对准刀具的相应位置，防止切削加工中所产生的振动对刀具温度测量位置的影响；4、方便操作，稳定可靠；机械结构简单易于加工制造维修，价格低廉；5、使用三个红外线热成像镜头从不同角度对刀具的切削温度进行测量，并进行拟合，解决了使用单个红外线热成像镜头所测量的温度误差较大的问题；当切屑挡住单个红外线热成像镜头时，其余2个红外线热成像镜头仍能准确测量刀具温度，并通过最终的拟合消除了切屑挡住单个红外线热成像镜头时所产生的影响；6、将手持式热成像仪的适用范围进一步扩大。红外热像仪的应用范围极其广泛，并且随着红外技术的不断发展及普及，新的应用被不断开发，目前主要有一下几个应用大类：设备维修，机械机电设备，研发、建筑专用。由于被测物的地域环境差异，手持式的热成像仪应用更加广泛、普遍。同时，相比于专业性低，温差范围小的高精度热成像仪来说，手持式热成像仪价格更加低廉。车削加工，铣削加工的过程中，手持的热成像仪同样可以完成温度检测，但是用普通三脚架或手持会使红外镜头抖动出现测温偏差。使用本系统可以避免抖动。7.使用本技术进行铣削TC4钛合金的实验，切削过程中，红外热成像探头使用聚焦于刀具切削部位，经过与热电偶实验对比分析得出如下结果：切削过程参数如下：主轴转速n＝2000r/min；铣削宽度ae＝2mm；走刀速度600mm/min；铣削深度ap＝1mm。进行6次重复试验，使用基于红外热成像的机床切削热监控系统所测的切削温度分别为340°、338°、345°、332°、343°、336°，所测得切削温度稳定。而使用热电偶法所测的实验数据如下：330°、320°、350°、360°、280°、400°，所测得切削温度波动太大，容易受切削工况变化的影响，不能准确得出切削部位的温度。附图说明图1是本技术基于红外热成像的机床切削热监控系统的结构示意图。图中，1.底座，2.连接杆，3.万向球轴承，4.红外线热成像仪，5.陀螺仪，6.固定座，7.支撑杆，8.电源线。具体实施方式下面结合实施例及附图对本技术作进一步说明，但不限定本技术。本技术提供的基于红外热成像的机床切削热监控系统，其结构如图1所示：由依次连接的底座1、支撑杆7、固定座6、连接杆2，与连接杆2杆体上相连的万向球轴承3、陀螺仪5，以及安装在连接杆2杆体头端的红外线热成像仪4组成，底座1设有与外接电路相连的电源线8。所述的底座1内部装有集成电路板，该电路板上的电源接口通过电源线8与外接电源相连。所述的连接杆2，有多根，本例给出3根，均匀分布，并且，其内端头通过铰接方式与固定座6侧边相连，其杆体上各装有一个万向球轴承3和陀螺仪5，其外端头通过螺栓锁紧方式各装有一个红外线热成像仪4。所述的万向球轴承3采用带螺杆万向球轴承，用于控制红外热成像仪与压电陀螺仪的运动。该万向球轴承可实现任一角度的旋转，可以随机床切削动态过程任意移动，以便找到最佳的采用点，从而使红外热成像探头所取得的数据更为精准。所述的红外线热成像仪4采用美国福禄克红外测温仪，用于接收被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热像图，得到实时切削热。所述的陀螺仪5采用压电陀螺仪，用于控制红外热成像仪的运动。该压电陀螺仪为高速回转体的陀螺仪来绕正交于自转轴的二个轴的角运动，可以准确的检测到工件与刀具的切削部位，实现切削热的实时传输，从而控制切削过程，防止切削热过高而烧伤工件。所述的支撑杆7，其两端通过螺栓连接方式分别与底座1、固定座6的中心处相连。本技术提供的基于红外热成像的机床切削热监控系统，其工作过程如下：在进行切削温度的测量时，底座1安装于跟刀架上；红外线热成像仪4的三个红外线热成像摄像头可以分别旋转不同的角度测量刀具不同位置的温度；红外线热成像仪4的三个红外线热成像摄像头由陀螺仪5分别控制，红外线热成像仪4的三个红外线热成像摄像头始终对准所要测量的刀具的位置，防止切削过程中的振动导致测量位置的改变；最终由测温系统对红外线热成像仪4的三个红外线热成像摄像头本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于红外热成像的机床切削热监控系统，其特征是该机床切削热监控系统由依次连接的底座(1)、支撑杆(7)、固定座(6)、连接杆(2)，与连接杆(2)杆体上相连的万向球轴承(3)、陀螺仪(5)，以及安装在连接杆(2)杆体头端的红外线热成像仪(4)组成；底座(1)上设有与外接电路相连的电源线(8)；固定座通过支撑杆与底座相连，红外线热成像仪与陀螺仪安装于万向球轴承上，万向球轴承通过连接杆与固定座相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于红外热成像的机床切削热监控系统，其特征是该机床切削热监控系统由依次连接的底座(1)、支撑杆(7)、固定座(6)、连接杆(2)，与连接杆(2)杆体上相连的万向球轴承(3)、陀螺仪(5)，以及安装在连接杆(2)杆体头端的红外线热成像仪(4)组成；底座(1)上设有与外接电路相连的电源线(8)；固定座通过支撑杆与底座相连，红外线热成像仪与陀螺仪安装于万向球轴承上，万向球轴承通过连接杆与固定座相连。2.根据权利要求1所述的基于红外热成像的机床切削热监控系统，其特征是底座(1)内部装有集成电路板，该电路板上的电源接口通过电源线(8)与外接电源相连。3.根据权利要求2所述的基于红外热成像的机床切削热监控系统，其特征是集成电路板上设有单片机电路，该电路包括单片机和线路。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁毓峰，仝皓，卢子祺，孙钊，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：新型
国别省市：湖北,42