一种搅拌摩擦焊机器人温度无线采集系统技术方案

本实用新型专利技术提出一种搅拌摩擦焊机器人温度无线采集系统，包括顺序连接的数据采集模块、主控处理模块、无线传输模块，无线接收模块以及与无线接收模块连接的上位机；所述数据采集模块与设于机器人搅拌头内的温度传感器连接。本实用新型专利技术通过数据采集模块、主控处理模块、无线传输模块、无线接收模块的电路结构，能够解决当前直接对机器人搅拌头旋转件温度数据实时采集处理的问题。本实用新型专利技术连接模块上设置了四个定位孔，定位顶丝的直角分布避免直线分布的不对中性及不稳定性。上下的直角分布使连接模块稳定的固定于刀柄上。高速旋转对连接模块的对中性提出较高要求，试验结果表明该定位设置具有较高的对中性。

A wireless temperature acquisition system of friction stir welding robot

【技术实现步骤摘要】
一种搅拌摩擦焊机器人温度无线采集系统
本技术涉及搅拌摩擦焊机器人领域，具体涉及一种搅拌摩擦焊机器人温度无线采集系统。
技术介绍
搅拌摩擦焊设备从结构形式上可分为龙门式、台式和机器人式等多种类型，然而由于龙门式及台式对空间轨迹焊接不具有通用性，专用的搅拌摩擦焊设备针对特定产品设计，主要应用于航空、航天、军工等重要领域，然而航空航天领域大型高强度薄壁曲面零件焊接对焊缝质量要求极高，如果单纯通过加工后处理来提高焊接精度与表面质量，加工工序复杂，对固定模块精度要求高，因此难度较大且难以根据实际尺寸灵活匹配。焊接过程中搅拌头的焊接温度直接影响焊接质量，从焊接区域温度可反映出焊接过程材料流动情况，当温度过低焊缝材料流动不畅，材料难以从前进侧流向后退侧，后退侧材料填充不足容易产生孔洞、裂纹等缺陷。由于搅拌摩擦焊焊接过程中搅拌针扎入材料内部并进行摩擦搅拌，而搅拌头轴肩在工件上也有一定的下压量，搅拌头的搅拌针及轴肩与焊缝密切接触，因此在这两处的温度最接近焊缝中心温度，搅拌头在焊接过程中高速旋转，需要解决在高速旋转情况下精确测量出旋转件内部温度的问题。搅拌头是重载搅拌摩擦焊机器人的末端执行件，测试出准确的搅拌头内部温度之后，可作为机器人主轴的外界输入热源，通过修正完的有限元模型分析该工艺参数温度对机器人主轴内部组件的影响，为搅拌摩擦焊机器人主轴设计提供参数依据。由于现有的数据采集卡体积较大，数据采集卡及主控电路采集供电要求较高，而且目前的现有采集卡多配有自己单独的数据采集上位机，源程序多为不开源，对于数据采集模块采集到的信号需要设置不同的参数，并通过串口进行数据采集及处理。针对现有的数据采集卡无法根据现有需求直接对热电偶信号进行采集处理，设计了温度无线测温系统。
技术实现思路
针对上述问题，现有的数据采集卡体积较大，数据采集卡及主控电路采集供电要求较高，而且目前的现有采集卡多配有自己单独的数据采集上位机，源程序多为不开源，对于数据采集模块采集到的信号需要设置不同的参数，并通过串口进行数据采集及处理。针对现有的数据采集卡无法根据现有需求直接对热电偶信号进行采集处理，自行设计了温度无线测温系统。本技术的目的在于提供一种搅拌摩擦焊机器人温度无线采集系统，以解决当前直接对机器人搅拌头旋转件温度数据实时采集处理的问题。为了实现上述目的，本技术采用以下技术方案：一种搅拌摩擦焊机器人温度无线采集系统，包括顺序连接的数据采集模块、主控处理模块、无线传输模块，无线接收模块以及与无线接收模块连接的上位机；所述数据采集模块与设于机器人搅拌头内的温度传感器连接；所述数据采集模块包括顺序连接的RC滤波电路和AD转换器；RC滤波电路输入端接入温度传感器信号，输出端与AD转换器输入端连接，AD转换器输出端通过SPI接口与主控处理模块连接。所述无线传输模块设有XBEE接口，通过XBEE接口与主控处理模块连接。一种搅拌摩擦焊机器人温度无线采集系统，还包括电源模块，所述电源模块、数据采集模块、主控处理模块、无线传输模块分别设置在四个尺寸相同电路板上。电源模块、数据采集模块、主控处理模块、无线传输模块所在电路板依次设置于连接模块的四个侧面上。四个电路板两两相对，每对电路板的几何中心连线均与机器人搅拌头轴线垂直。两对电路板的几何中心连线相交。所述连接模块为上下两面之间开设通孔的立方体，在立方体的四个侧面分别开设有定位孔，电源模块及数据采集模块所安装的侧面上的定位孔在下端设置、呈90°分布；主控处理模块与无线传输模块所安装的侧面上的定位孔在上面设置、呈90°分布，所述连接模块通过各定位孔内的定位顶丝与刀柄固定；各定位孔的圆心与所在面的中心线重合。电路板与连接模块之间设置了隔热环。所述隔热环与电路板连接处设置了隔振垫。本技术的优点及有益效果是:1.本技术通过数据采集模块、主控处理模块、无线传输模块、电源模块的电路结构，能够实现搅拌头机器人搅拌头旋转件温度数据实时采集处理。搅拌头独有的热电偶的旋转梯段结构可充分测量搅拌头的梯度温度分布，为后期的温度传递研究提供温度数据。2.本技术的数据采集模块通过SPI接口连接主控处理模块，能够完成数据的正负值处理，选择传输位等，最后主控将初步处理完毕的数据通过串口(SCI)传递至无线传输模块。无线传输模块通过XBEE接口与无线接收模块进行数据交互能够高速进行无线数据传输，并降低误码率。无线接收模块通过U口连接上位机。上位机通过串口采集无线接收模块的数据。3.本技术连接模块上设置了四个定位孔，定位孔设置分别为上下各两个定位孔，其中上方在两直角面各设置一个5mm定位孔，下方在剩余两直角面设置定位孔。连接模块通过定位顶丝与刀柄连接固定。定位顶丝的直角分布避免直线分布的不对中性及不稳定性。上下的直角分布使连接模块稳定的固定于刀柄上。高速旋转对连接模块的对中性提出较高要求，试验结果表明该定位设置具有较高的对中性。4.本技术连接模块固定于刀柄上，搅拌头焊接金属材料时温度较高并可传递到连接模块。为防止连接模块对温度采集系统的影响，在温度采集系统各模块与连接模块之间设置了隔热环，隔热环有效较低了温度的传递。5.本技术隔热环与PCB板连接处设置了隔振垫，隔震垫主要用于减少机器人主轴转速变换带来的离心冲击响应，同时PCB通过隔振垫连接有效减少了螺钉对PCB板的刚性损坏。附图说明图1为本技术无线采集系统的示意图；图2为本技术的无线测温系统信号采集结构原理图；图3为本技术中搅拌头测温结构的示意图之一；图4为本技术中搅拌头测温结构的示意图之二；图5为本技术无线采集系统结构分布图之一；图6为本技术无线采集系统结构分布图之二；图中：1为温度采集系统，2为热电偶，4为搅拌针，5为搅拌头，6为轴肩，8为轴肩热电偶安装孔，12为搅拌针处热电偶安装孔，13为数据采集模块，15为主控处理模块，21为电源模块，24为无线传输模块，25为刀柄，33为连接模块，37为隔振垫，42定位顶丝，45为隔热环。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细描述。本技术提出一种搅拌摩擦焊机器人温度无线采集系统，具体包括数据采集模块13、主控处理模块15、无线传输模块24、电源模块21。如图2所示。数据采集模块13数据输入端与热电偶2的导线连接，数据采集模块13的SPI输出端通过杜邦线与主控处理模块15连接，主控处理模块15通过杜邦线与无线传输模块24连接，无线接收模块通过U口连接上位机。上位机通过串口采集无线接收模块的数据并进行实时处理及曲线显示。数据采集模块13可细分为几个部分，第一部分为输入部分，即RC滤波电路，可以减少输入端的噪声干扰，同时本系统实际预留了差分输入；第二部分是电源部分，分为模拟地和数字地，分别为模拟采集和数字IC部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种搅拌摩擦焊机器人温度无线采集系统，其特征在于，包括顺序连接的数据采集模块、主控处理模块、无线传输模块，无线接收模块以及与无线接收模块连接的上位机；所述数据采集模块与设于机器人搅拌头内的温度传感器连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种搅拌摩擦焊机器人温度无线采集系统，其特征在于，包括顺序连接的数据采集模块、主控处理模块、无线传输模块，无线接收模块以及与无线接收模块连接的上位机；所述数据采集模块与设于机器人搅拌头内的温度传感器连接。


2.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊机器人温度无线采集系统，其特征在于，所述数据采集模块包括顺序连接的RC滤波电路和AD转换器；RC滤波电路输入端接入温度传感器信号，输出端与AD转换器输入端连接，AD转换器输出端通过SPI接口与主控处理模块连接。


3.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊机器人温度无线采集系统，其特征在于，所述无线传输模块设有XBEE接口，通过XBEE接口与主控处理模块连接。


4.根据权利要求1所述的一种搅拌摩擦焊机器人温度无线采集系统，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块、数据采集模块、主控处理模块、无线传输模块分别设置在四个尺寸相同电路板上。


5.根据权利要求4所述的一种搅拌摩擦焊机器人温度无线采集系统，其特征在于，电源模块、数据采集模块、主控处理模块、无线传输模块所在电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆海涛，武廷课，富佳，于长帅，刘广明，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：新型
国别省市：辽宁;21