[发明专利]一种具有热防护功能的力热联合测试传感器

说明书

本发明涉及一种具有热防护功能的力热联合测试传感器，其特征在于，包括力感应模块、温度感应模块、无线信号传输模块、刀具端适配元件和主轴端适配元件，其中：力感应模块，自由放置于刀具端适配元件和主轴端适配元件中间，并通过定心夹紧模块定心夹紧，温度感应模块中的热电偶嵌入刀具端适配元件的制孔内，力感应模块和温度感应模块采集的数据通过无线信号传输模块上传至远端设备。同时，无线信号传输模块中填充隔热胶，刀具端适配元件内孔壁上绕有玻璃纤维，外圆周面上制有螺旋散热槽。本发明提供了一种安装在主轴前端的，能够对机械加工、搅拌摩擦焊接等过程中的力和温度同时进行监测的传感器。同时避免刀具产生的热量对感应模块和信号传输的影响。

技术领域

本发明涉及一种用于机械加工、搅拌摩擦焊接等过程中力热联合测试的传感器。

背景技术

在机械加工、搅拌摩擦焊接等过程中，能够实时对刀具或工件受到的力和热进行监测，对优化工艺参数，控制产品质量具有重要意义。随着无线电力输出技术和信号传输技术的快速发展，人们越来越多地研究主轴刀柄式传感器，并将其运用到实际生产中。中国专利ZL 201210063224.8和ZL 201310520830.2均涉及到了一种先进的旋转式动态力监测装置，却没有考虑加工中产生的大量热量对传感器的影响，特别是对内部电子元器件的影响。实际上，大量数值仿真研究和工程测试表明，加工过程中产生的切削热或焊接热，通过刀具或搅拌工具向上传递，已严重影响了力敏感元件及电子元器件的正常工作，甚至导致测量装置损坏。目前，获得加工过程中温度的方法有事先在工件上打孔并预埋热电偶，监测范围受有限布点限制，并且打孔等对工件具有一定的破坏性。热成像技术可以不会侵扰或者影响被测目标，但测得的是工件或者刀具的表面热分布场。

发明内容

本发明的目的是：使得对机械加工、搅拌摩擦焊接等过程中的力和热在线直接测量成为可能，同时也是提高传感器可靠性和测量精度。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种具有热防护功能的力热联合测试传感器，其特征在于，包括力感应模块、温度感应模块、无线信号传输模块、刀具端适配元件和主轴端适配元件，其中：

主轴端适配元件，用于与待监测的加工装备的主轴适配安装；

刀具端适配元件，用于与待监测的加工装备的主轴所使用的刀具适配安装；

力感应模块，自由放置于刀具端适配元件和主轴端适配元件中间，并通过定心夹紧模块定心夹紧，力感应模块用于对待监测的加工装备通过主轴施加在刀具上的力进行监测，力感应模块采集的数据通过无线信号传输模块上传至远端设备；

温度感应模块包括热电偶和温度信号转换模块，热电偶嵌入刀具端适配元件内，热电偶采集的信号通过温度信号转换模块转换后再由无线信号传输模块上传至远端设备。

优选地，在力感应模块与刀具端适配元件之间设有隔热元件。

优选地，所述隔热元件为环氧树脂硬胶制成的圆环薄片。

优选地，还包括无线供电模块，由无线供电模块为所述力感应模块、温度感应模块、无线信号传输模块提供工作电压。

优选地，所述力感应模块包括压电晶体组、膜片、绝缘体、导线、电荷放大单元和壳体，壳体分为上下扣合的上半壳体及下半壳体，上半壳体及下半壳体上下扣合后将压电晶体组、绝缘体及膜片压在中间，绝缘体及膜片分别位于压电晶体组的上下两侧，导线的一端连接压电晶体组，另一端连接电荷放大单元，电荷放大单元连接所述无线信号传输模块。

优选地，所述定心夹紧模块包括销轴和螺旋紧固元件，销轴贯穿于力感应模块、刀具端适配元件及主轴端适配元件的中心孔，并用螺旋紧固元件预紧。

优选地，所述刀具端适配元件为中空的阶梯轴，其内孔的壁上绕有玻璃纤维，刀具端适配元件下端的外圆周面上加工出梯形的螺旋槽。