【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机械装配与传感监测，尤其涉及一种极端工况下的装配压力分布实时测量系统。
技术介绍
1、机械装配过程中常使用间隙配合、过渡配合和过盈配合，其中过盈配合的装配操作过程中常使用冷装配或热装配。大致过程为利用零件材料热胀冷缩产生尺寸变化，使得常温无法正常装配的尺寸出现间隙，待装配零件温度回复后，因热胀冷缩产生的间隙随零件尺寸回复而消失，实现过盈配合。该过程中装配面接触力因温度变化、接触改变而出现变化，目前的技术中，使用相同装配工艺装配的部件，接触力分布仍可能出现较大差异，为装配技术带来一定制约，装配的可靠程度也需要进一步进行检验。若对冷装配和热装配中装配面的接触力变化情况实现记录，特别是在温度回复的时域过程中接触力变化，可为装配技术的更新，装配方案的制定带来关键信息支撑。
2、设备运行过程中，零件装配位置常因异常振动、温度变化或超载运行等工况，常出现装配压力分布改变或松动，严重时造成设备运行状态改变甚至引起设备失效。目前主要通过定期人工检查装配部件的联接部位，以确保装配压力在正常范围内，该方法需要较长工作时间，特别是在一些位置难以触及部位，需要较长工时进行维护检查。在设备关键装配面进行装配压力检测，可对装配面联接状态进行实时监测，为设备健康监测提供关键信息支撑。
3、现有方案主要分为两种，一是使用理论计算，即根据材料收缩率、冷却/加热温度和零件尺寸大小计算零件收缩/膨胀尺寸，进而计算零件接触力，由于该方式为理论计算结果，与接触面实际应力分布情况常出现差异。
4、二是使用压敏纸进行装配面接
5、一种装配接触力实时测量系统，在装配过程中实时显示装配面接触力，实时绘制装配面接触力云图，为装配工艺的建立、改进提供有效参考，更多地，揭示冷装配、热装配温度回复过程中接触力变化，为冷/热装配的工艺探索提供信息支撑。
技术实现思路
1、基于现有方案的不足，设计一种极端工况下的装配压力分布实时测量系统，用于解决目前所存在的问题。
2、本专利技术的技术方案如下：一种极端工况下的装配压力分布实时测量系统，为集成多个压力测点和多个温度测点的柔性薄膜传感器；所述柔性薄膜传感器工作平面内按照一定规律和装配需求排布多个压力测点和多个温度测点，压力测点和温度测点上的敏感材料均为电阻性材料，材料电阻随压力或温度产生改变，压力测点和温度测点使用同一套信号线网络；对敏感材料两端电压或者回路上电流进行测量，计算得到材料电阻，通过已知的压力-电阻或温度-电阻曲线计算得到压力或温度，压力测点和温度测点能够相互替换；柔性薄膜传感器所采集信号通过数据采集器进行储存、上传和显示；依据数据采集器上传的温度数据，对压力数据进行补偿处理，并按照压力测点的压力-电阻曲线进行压力数据解算、显示、绘制压力的时域曲线图，根据所有压力测点的位置、压力数值绘制装配面接触力分布云图。
3、所述信号线网络包括m个n路复用器；柔性薄膜传感器上的所有压力、温度测点按照走线排布分为n个测量组，不同测量组之间使用一套集成在数据采集器内的n路复用器进行控制，n＝测量组数量；n路复用器控制每个测量组的每一条经线与模拟量接口的通断，使用m个n路复用器进行时分复用或频分复用的模拟量测量，使用同一套采集接口对多个测量组内的测点进行测量，m＝单个测量组经线数量；每个测量组内的纬线按方向从0～x进行编号，不同测量组相同编号的纬线连接至同一模拟量接口；将每个测量组的经线编号为0～y，不同测量组相同编号的经线并联至同一模拟量输出接口；根据纬线上的n路复用器进行分时控制各测点上测量回路的通断，实现多个测量组的逐个测量。
4、所述柔性薄膜传感器为厚度50um～200um的薄片，厚度均匀，其厚度方向上由多层高分子材料基材、测点敏感材料和柔性薄膜传感器内超薄导线组成；柔性薄膜传感器与零件装配面的接触区域，其内多层高分子材料基材之间使用耐候胶密封，根据零件装配面具体外形、曲率，按照最短路径原则和路径垂直于零件装配面曲率的原则，将所有柔性薄膜传感器内超薄导线均包裹在耐候密封胶内；耐候密封胶的涂敷位置按照零件装配面的曲率走向进行垂直方向的条状涂敷，条状涂敷部分之间的留空区域作为多层高分子材料基材释放应力区域和排气线路；排气孔设计到柔性薄膜传感器内超薄导线出口处且远离低温装配零件。
5、所述柔性薄膜传感器的高分子材料基材为ptfe或peek，多层高分子材料基材之间使用耐候胶固定测点敏感材料和柔性薄膜传感器内超薄导线。
6、所述补偿处理为根据温度测点信号对压力测点信号进行补偿，在信号采集过程中，定时采集温度测点的信号，依据所有温度测点预先在软件中标定的位置坐标和实时采集的温度数值，计算整个装配面的温度分布并进行坐标化，同样根据软件中预先标定的压力测点位置坐标对应到温度分布中，得到每个压力测点的具体温度数值，将所有压力测点的温度进行标记，在接下来一轮的压力信号解算中对每个压力测点使用对应温度下的压力曲线进行拟合。
7、所述压力测点和温度测点的分布采用几何拓扑方式，每个螺栓孔周围均匀排布至少6个压力测点和/或温度测点，相邻测点之间的距离小于等于5倍测点直径。
8、本专利技术的有益效果：本专利技术利用柔性薄膜传感器测量装配部件接触面的温度、接触力变化情况，相比现有技术，在不损失采集精度的条件下，需要的数据采集器模拟量接口更少，相比现有技术减少三分之一到一半。通过设置条状密封胶和排气路线，使柔性薄膜传感器的多层基材之间剪切应力得到释放，柔性薄膜传感器与零件装配面曲率贴合情况良好，有效避免薄膜传感器基材的起皱。通过专门设置排气路线和排气口位置，有效避免冷凝水和水汽进入柔性薄膜传感器内部，减少薄膜传感器内部金属导线氧化造成的性能下降。特别适用于：1、冷装配、热装配和冷、热装配复合的场景，对装配过程中的接触力进行测量，记录零件随温度回复过程中装配接触力的变化情况，为部件装配及优化提供决策所需信息；2、长期安装于设备关键装配面，对装配位置进行装配压力监测，提供设备健康状态分析所需信息。
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1.一种极端工况下的装配压力分布实时测量系统，其特征在于，所述极端工况下的装配压力分布实时测量系统为集成多个压力测点和多个温度测点的柔性薄膜传感器；所述柔性薄膜传感器工作平面内按照一定规律和装配需求排布多个压力测点和多个温度测点，压力测点和温度测点上的敏感材料均为电阻性材料，材料电阻随压力或温度产生改变，压力测点和温度测点使用同一套信号线网络；对敏感材料两端电压或者回路上电流进行测量，计算得到材料电阻，通过已知的压力-电阻或温度-电阻曲线计算得到压力或温度，压力测点和温度测点能够相互替换；柔性薄膜传感器所采集信号通过数据采集器进行储存、上传和显示；依据数据采集器上传的温度数据，对压力数据进行补偿处理，并按照压力测点的压力-电阻曲线进行压力数据解算、显示、绘制压力的时域曲线图，根据所有压力测点的位置、压力数值绘制装配面接触力分布云图。
2.根据权利要求1所述的极端工况下的装配压力分布实时测量系统，其特征在于，所述信号线网络包括m个n路复用器；柔性薄膜传感器上的所有压力、温度测点按照走线排布分为n个测量组，不同测量组之间使用一套集成在数据采集器内的n路复用器进行控制，n＝
3.根据权利要求2所述的极端工况下的装配压力分布实时测量系统，其特征在于，所述柔性薄膜传感器为厚度50um～200um的薄片，厚度均匀，其厚度方向上由多层高分子材料基材、测点敏感材料和柔性薄膜传感器内超薄导线组成；柔性薄膜传感器与零件装配面的接触区域，其内多层高分子材料基材之间使用耐候胶密封，根据零件装配面具体外形、曲率，按照最短路径原则和路径垂直于零件装配面曲率的原则，将所有柔性薄膜传感器内超薄导线均包裹在耐候密封胶内；耐候密封胶的涂敷位置按照零件装配面的曲率走向进行垂直方向的条状涂敷，条状涂敷部分之间的留空区域作为多层高分子材料基材释放应力区域和排气线路；排气孔设计到柔性薄膜传感器内超薄导线出口处且远离低温装配零件。
4.根据权利要求3所述的极端工况下的装配压力分布实时测量系统，其特征在于，所述柔性薄膜传感器的高分子材料基材为PTFE或PEEK，多层高分子材料基材之间使用耐候胶固定测点敏感材料和柔性薄膜传感器内超薄导线。
5.根据权利要求4所述的极端工况下的装配压力分布实时测量系统，其特征在于，所述补偿处理为根据温度测点信号对压力测点信号进行补偿，在信号采集过程中，定时采集温度测点的信号，依据所有温度测点预先标定的位置坐标和实时采集的温度数值，计算整个装配面的温度分布并进行坐标化，同样根据预先标定的压力测点位置坐标对应到温度分布中，得到每个压力测点的具体温度数值，将所有压力测点的温度进行标记，在接下来一轮的压力信号解算中对每个压力测点使用对应温度下的压力曲线进行拟合。
6.根据权利要求5所述的极端工况下的装配压力分布实时测量系统，其特征在于，所述压力测点和温度测点的分布采用几何拓扑方式，每个螺栓孔周围均匀排布至少6个压力测点和/或温度测点，相邻测点之间的距离小于等于5倍测点直径。
...【技术特征摘要】
1.一种极端工况下的装配压力分布实时测量系统，其特征在于，所述极端工况下的装配压力分布实时测量系统为集成多个压力测点和多个温度测点的柔性薄膜传感器；所述柔性薄膜传感器工作平面内按照一定规律和装配需求排布多个压力测点和多个温度测点，压力测点和温度测点上的敏感材料均为电阻性材料，材料电阻随压力或温度产生改变，压力测点和温度测点使用同一套信号线网络；对敏感材料两端电压或者回路上电流进行测量，计算得到材料电阻，通过已知的压力-电阻或温度-电阻曲线计算得到压力或温度，压力测点和温度测点能够相互替换；柔性薄膜传感器所采集信号通过数据采集器进行储存、上传和显示；依据数据采集器上传的温度数据，对压力数据进行补偿处理，并按照压力测点的压力-电阻曲线进行压力数据解算、显示、绘制压力的时域曲线图，根据所有压力测点的位置、压力数值绘制装配面接触力分布云图。
2.根据权利要求1所述的极端工况下的装配压力分布实时测量系统，其特征在于，所述信号线网络包括m个n路复用器；柔性薄膜传感器上的所有压力、温度测点按照走线排布分为n个测量组，不同测量组之间使用一套集成在数据采集器内的n路复用器进行控制，n＝测量组数量；n路复用器控制每个测量组的每一条经线与模拟量接口的通断，使用m个n路复用器进行时分复用或频分复用的模拟量测量，使用同一套采集接口对多个测量组内的测点进行测量，m＝单个测量组经线数量；每个测量组内的纬线按方向从0～x进行编号，不同测量组相同编号的纬线连接至同一模拟量接口；将每个测量组的经线编号为0～y，不同测量组相同编号的经线并联至同一模拟量输出接口；根据纬线上的n路复用器进行分时控制各测点上测量回路的通断，实现多个测量组的逐个测量。
3.根据权利要求2所述的极端工况下的装配压力...
【专利技术属性】
技术研发人员：舒利明，刘建华，周平，孙清超，孙伟，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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