[发明专利]一种用于四维切削力检测的电容式智能刀柄系统

权利要求书

1.一种用于四维切削力检测的电容式智能刀柄系统，其特征在于所述电容式智能刀柄系统由标准刀柄、电容式位移传感器、锂电池、电容传感器检测电路、信号预处理及采集单元、信号无线发射模块、外封装环、密封盖、固定块组成，其中：电容式位移传感器由轴向电容式位移传感器和扭转电容式位移传感器构成，标准刀柄下端的圆柱体部分沿圆周方向均布四个切槽，每个切槽内设置一个轴向电容式位移传感器，轴向电容式位移传感器的可动极板固连在切槽的下表面上，固定极板固连在固定块上，固定块胶粘在切槽的上侧面；相对的两个切槽内分别设置一个扭转电容式位移传感器，扭转电容式位移传感器的可动极板固连在切槽的侧表面上，固定极板固连在固定块上；外封装环固定在标准刀柄上并将切槽挡住，外封装环与标准刀柄之间的空腔用于安放锂电池、电容传感器检测电路、信号预处理及采集单元和信号无线发射模块，沿信号传递方向轴向电容式位移传感器的两极板和扭转电容式位移传感器的两极板、电容传感器检测电路、信号预处理及采集单元以及信号无线发射模块通过导线依次连接，锂电池与轴向电容传感器、扭转电容传感器、电容传感器检测电路、信号预处理及采集单元、信号无线发射模块均通过导线连接，外封装环下端用密封盖固定。

2.根据权利要求1所述的用于四维切削力检测的电容式智能刀柄系统，其特征在于所述外封装环通过紧定螺钉固定在标准刀柄上。

3.根据权利要求1或2所述的用于四维切削力检测的电容式智能刀柄系统，其特征在于所述外封装环下端用密封盖通过螺钉固定。

4.根据权利要求3所述的用于四维切削力检测的电容式智能刀柄系统，其特征在于所述密封盖与标准刀柄之间的间隙用密封圈密封。

5.根据权利要求1所述的用于四维切削力检测的电容式智能刀柄系统，其特征在于所述标准刀柄下端沿圆周方向均布有第一切槽、第二切槽、第三切槽和第四切槽，轴向电容式位移传感器由轴向电容传感器C1、轴向电容传感器C2、轴向电容传感器C3、轴向电容传感器C4组成，扭转电容式位移传感器由扭转电容传感器C5、扭转电容传感器C6组成；轴向电容传感器C1的可动极板固连在第一切槽的下表面上，固定极板固连在固定块上，固定块胶粘在第一切槽的上表面；轴向电容传感器C2的可动极板固连在第二切槽的下表面上，固定极板固连在固定块上，固定块胶粘在第二切槽的上表面；轴向电容传感器C3的可动极板固连在第三切槽的下表面上，固定极板固连在固定块上，固定块胶粘在第三切槽的上表面；轴向电容传感器C4的可动极板固连在第四切槽的下表面上，固定极板固连在固定块上，固定块胶粘在第四切槽的上表面；扭转电容传感器C5的可动极板固连在第一切槽的侧表面上，固定极板固连在固定块上；扭转电容传感器C6的可动极板固连在第三切槽的侧表面上，固定极板固连在固定块上。

6.根据权利要求5所述的用于四维切削力检测的电容式智能刀柄系统，其特征在于以轴向电容传感器C1、轴向电容传感器C2、轴向电容传感器C3、轴向电容传感器C4测得的变形量来计算Z向轴向力，以轴向电容传感器C1、轴向电容传感器C3测得的变形量来计算X向径向力，以轴向电容传感器C2、轴向电容传感器C4测得的变形量来计算Y向径向力，以扭转电容传感器C5、扭转电容传感器C6测得的变形量来计算绕Z轴扭矩，其中Z轴是回转轴，利用6处变形量求解切削力公式如下：

Fz=k1Δd1+Δd2+Δd3+Δd44Fx=k2Δd1-Δd32Fy=k3Δd4-Δd22T=k4Δd5-Δd62]]>

式中，Δd₁～Δd₆分别是C1、C2、C3、C4、C5、C6的电容传感器测得的变形筋变形量，k₁～k₄是与标准刀柄刚度有关的系数。