一种力-声压检测式超声空化改性微调控制系统技术方案

本发明专利技术提供了一种力

【技术实现步骤摘要】
一种力
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声压检测式超声空化改性微调控制系统


[0001]本专利技术属于超声空化控制系统的
，具体公开了一种力
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声压检测式超声空化改性微调控制系统。

技术介绍

[0002]超声空化改性是利用超声作为能量源通过作用于液体介质产生的空化泡溃灭释放的冲击波或微射流不断撞击被改性工件表面，引发被改性工件表面发生强烈塑性变形以期实现对材料表面的改性。
[0003]超声空化改性过程中，超声纵振工具头发生振动导致工具头端面下方出现正负压交替，工具头端面下方出现大量空化泡，负压状态空化泡溃灭释放冲击波或微射流，空化泡聚集阻碍了能量的传播，因此工具头端面与被改性工件的相对位置（即靶距）对改性结果具有十分重要的影响。例如：20 kHz的超声纵振工具头振幅仅为3~4μm，频率增加振幅持续降低，通常讲更为接近的距离导致更强烈的空化强度，导致微射流、冲击波能量增加，容易达到晶粒细化、晶界混叠程度增加，导致增加残余应力，提升抗疲劳强度、提升耐磨性、硬度增加等优异的机械性能，但是容易导致粗糙度增加，表面光洁度下降，因此控制靶距具有十分重要的意义。而工具头端面与被改性工件之间的夹角，则会影响被改性工件表面改性的均匀性。
[0004]上文已经阐述超声空化的来源，即正负压交替，负压状态空化泡溃灭释放冲击波或微射流，正负压交替必须考虑波长的影响，根据波长公式λ=c/f,判断波节波腹的位置，确定最大负压区，同时考虑到空化屏蔽和水域中能量衰减的影响，可确定出最大空化强度处，可作为控制靶距以及工具头端面与被改性工件之间的夹角的依据。
[0005]但是目前还没有相关装置能够检测超声空化过程中被改性工件的受力情况以及最大负压区，从而控制超声纵振工具头的靶距以及工具头端面与被改性工件之间的夹角。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种力
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声压检测式超声空化改性微调控制系统，能够检测超声空化过程中被改性工件的受力情况以及最大负压区，依据检测值控制超声纵振工具头的靶距以及工具头端面与被改性工件之间的夹角。
[0007]本专利技术提供一种力
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声压检测式超声空化改性微调控制系统，包括纵向升降机构、旋转机构Ⅰ、旋转机构Ⅱ、超声纵振工具头、激光测距传感器、液体容器、改性工作下平台、改性工作上平台、三向力传感器、旋转升降臂、传感器安装臂、声压传感器和计算机；旋转机构Ⅰ与纵向升降机构连接，由纵向升降机构驱动上下升降；旋转机构Ⅱ与旋转机构Ⅰ连接，由旋转机构Ⅰ驱动左右摆动；超声纵振工具头与旋转机构Ⅱ连接，由旋转机构Ⅱ驱动前后摆动，底端伸入液体容器中；多个激光测距传感器安装在超声纵振工具头上，多个激光测距传感器所在平面与超声纵振工具头的中心轴垂直；改性工作下平台安装在液体容器中；改性工作上平台安装在改性工作下平台上，位于超声纵振工具头的下方；三向力传感器安装在改
性工作上平台和改性工作下平台之间；旋转升降臂与改性工作上平台螺纹连接，且与改性工作上平台垂直；传感器安装臂固定在旋转升降臂上，位于改性工作上平台的上方，与改性工作上平台平行；声压传感器安装在传感器安装臂上，用于检测液体介质内指定位置的压力；计算机接收激光测距传感器、三向力传感器和声压传感器的检测值，并控制纵向升降机构、旋转机构Ⅰ和旋转机构Ⅱ。
[0008]进一步地，上述力
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声压检测式超声空化改性微调控制系统，还包括旋转轴、C型固定块和工具头环套；旋转轴的第一端与旋转机构Ⅱ连接，第二端设置有与C型固定块配合的C型安装板；多块C型固定块等间距安装在工具头环套外，其中一块C型固定块与C型安装板固定连接；激光测距传感器垂直穿过C型固定块；工具头环套套设在超声纵振工具头外。
[0009]进一步地，超声纵振工具头外设置有阶梯结构Ⅰ；工具头环套的内侧设置有内阶梯结构，外侧设置有外阶梯结构，工具头环套套设在超声纵振工具头外，内阶梯结构与阶梯结构Ⅰ啮合；C型固定块上设置有阶梯结构Ⅱ，C型固定块的阶梯结构Ⅱ与外阶梯结构啮合且通过螺栓连接，C型固定块上设置有螺纹孔；激光测距传感器上设置有与螺纹孔配合的外螺纹。
[0010]进一步地，激光测距传感器设置有环形限位台，激光测距传感器自下而上穿过C型固定块上的螺纹孔，环形限位台抵靠在C型固定块的下表面。
[0011]进一步地，改性工作下平台的顶面和改性工作上平台的底面分别设置有传感器下安装槽和传感器上安装槽；三向力传感器为无线传感器，放置在传感器下安装槽内，改性工作上平台扣合在改性工作下平台上，传感器上安装槽扣合在三向力传感器上。
[0012]进一步地，液体容器中安装有支撑柱；改性工作下平台安装在支撑柱的顶端，设置有贯穿顶面和底面的通孔。
[0013]进一步地，纵向升降机构为气缸，旋转机构Ⅰ为电机Ⅰ，旋转机构Ⅱ为电机Ⅱ；气缸的活塞端与电机Ⅰ的输出轴固定连接；力
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声压检测式超声空化改性微调控制系统还包括摆动架Ⅰ和摆动架Ⅱ；摆动架Ⅰ为直角板状结构，第一侧板与电机Ⅰ的壳体固定连接，第二侧板与摆动架Ⅱ固定连接；电机Ⅱ的壳体与摆动架Ⅱ固定连接，输出轴穿过摆动架Ⅱ与旋转轴通过连接套连接。
[0014]进一步地，上述力
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声压检测式超声空化改性微调控制系统，还包括基座；气缸、液体容器均固定在基座上。
[0015]本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供的力
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声压检测式超声空化改性微调控制系统，可调节参数包括超声纵振频率（通过更换超声纵振工具头实现）、工具头端面与被改性工件表面角度（通过旋转机构Ⅰ和旋转机构Ⅱ驱动超声纵振工具头前后左右摆动实现）、靶距（通过升降机构实现），试验过程中三向力传感器和声压传感器分别对改性力和声压实时监测并输出，经计算机处理形成时间
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力的图像，实现对改性过程的实时检测，对超声纵振工具头的靶距以及工具头端面与被改性工件之间夹角的控制具有指导意义，实现靶距和工具头端面与被改性工件之间夹角的精准调节，可减轻空化屏蔽对超声空化效果的影响。试验完成后对被改性工件的残余应力、耐磨性、晶粒细化程度、晶界堆叠程度、表面粗糙度、表面显微硬度进行分析，得出最优工艺参数，并进行大规模试验和应用，为超声空化改性技术的进一步应用提供了研究基础和试验工具。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为力
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声压检测式超声空化改性微调控制系统的结构示意图；图2为图1另一方向的视图；图3为图1中A部分的放大图；图4为激光测距传感器、C型固定块和工具头环套的配合图。
[0018]图中：1
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超声纵振工具头；2
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激光测距传感器；2.1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种力
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声压检测式超声空化改性微调控制系统，其特征在于，包括纵向升降机构、旋转机构Ⅰ、旋转机构Ⅱ、超声纵振工具头、激光测距传感器、液体容器、改性工作下平台、改性工作上平台、三向力传感器、旋转升降臂、传感器安装臂、声压传感器和计算机；所述旋转机构Ⅰ与纵向升降机构连接，由纵向升降机构驱动上下升降；所述旋转机构Ⅱ与旋转机构Ⅰ连接，由旋转机构Ⅰ驱动左右摆动；所述超声纵振工具头与旋转机构Ⅱ连接，由旋转机构Ⅱ驱动前后摆动，底端伸入液体容器中；多个激光测距传感器安装在超声纵振工具头上，多个激光测距传感器所在平面与超声纵振工具头的中心轴垂直；所述改性工作下平台安装在液体容器中；所述改性工作上平台安装在改性工作下平台上，位于超声纵振工具头的下方；所述三向力传感器安装在改性工作上平台和改性工作下平台之间；所述旋转升降臂与改性工作上平台螺纹连接，且与改性工作上平台垂直；所述传感器安装臂固定在旋转升降臂上，位于改性工作上平台的上方，与改性工作上平台平行；所述声压传感器安装在传感器安装臂上，用于检测液体介质内指定位置的压力；所述计算机接收激光测距传感器、三向力传感器和声压传感器的检测值，并控制纵向升降机构、旋转机构Ⅰ和旋转机构Ⅱ。2.根据权利要求1所述的力
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声压检测式超声空化改性微调控制系统，其特征在于，还包括旋转轴、C型固定块和工具头环套；所述旋转轴的第一端与旋转机构Ⅱ连接，第二端设置有与C型固定块配合的C型安装板；多块C型固定块等间距安装在工具头环套外，其中一块C型固定块与C型安装板固定连接；所述激光测距传感器垂直穿过C型固定块；所述工具头环套套设在超声纵振工具头外。3.根据权利要求2所述的力
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声压检测式超声空化改性微调控制系统，其特征在于，所述超声纵振工具头外设置有阶梯结构Ⅰ；所述工具头环套的内侧设置有内阶梯结构，外侧设置有外阶梯结...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶林征，啜世达，祝锡晶，李飞，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：