基於紅外成像的切削溫度檢測裝置的製作方法

2023-06-05 14:39:26 2

本發明涉及機械加工檢測領域，特別涉及一種基於紅外成像的切削溫度檢測裝置。

背景技術：

切削加工是機械製造中廣泛採用的一種方法，零件在機切削加工時會產生切削溫度，切削熱會分布到刀具、材料、切屑以及環境中，使刀具和工件迅速升溫，溫度過高會影響工件的加工質量、加劇刀具的磨損、影響刀具使用壽命等，甚至引起工件的熱變形。隨著數控工具機、加工中心的推廣與應用，對零件的精度和加工質量要求越來越高，切屑力和切削熱對加工質量的影響引起了廣泛的關注。因此，切削溫度的檢測對提高工件加工質量、提高刀具壽命以及研究切削機理、刀具磨損機理以及材料變形機理都有重要意義。

目前機械加工過程中常規的溫度檢測方法有接觸式測量和非接觸式測量兩種。較普遍的接觸式溫度測量方式包括電阻式和熱電偶式，具有結構簡單，精度較高，操作方面等優點，但不足之處在於影響被測物體溫度場分布，反應較慢，一些測量方式工藝複雜，如薄膜熱電偶，需要多點測量時布線複雜、應用不便。非接觸式測量紅外線測溫、ccd(高強度照相機)法、光導纖維測溫法等，其中紅外測溫法由於反應速度快、測溫範圍寬、遠近距離測量均可以及獲得溫度場分布等優點，被廣泛應用到電力、鋼鐵、化工以及國防等領域。但是在使用紅外測溫儀測量切削溫度時，常規做法是操作人員手持測溫儀記錄切削溫度，受環境溫度、操作者操作穩定性、距離以及工具機防護罩幹擾等多因素影響，造成測量誤差；另一方面，基於高精度的質量要求以及特種加工、高速切削等加工工藝要求，需實時獲得切削溫度，檢測數據的在線處理和實時反饋尤為重要。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明的目的在於提供一種基於紅外成像的切削溫度檢測裝置，可採用紅外成像的方式採集切削加工過程中的圖像數據，並便於定位在數控工具機上，以達到有效檢測數控工具機加工時的切削溫度，提高零件加工質量的目的。

本發明的基於紅外成像的切削溫度檢測裝置，包括底座、機械手及紅外測溫儀；所述底座的底部設有用於磁性吸附金屬體的磁性底板，所述機械手連接在底座上，所述紅外測溫儀連接在機械手上並由機械手帶動在空間中移動。

進一步，所述磁性底板為電磁吸附式結構。

進一步，所述機械手包括從上往下依次連接的上臂、中臂和下臂，所述上臂與中臂通過轉動關節ⅰ單自由度轉動連接，所述中臂與下臂通過轉動關節ⅱ單自由度轉動連接，所述下臂連接於底座，所述紅外測溫儀連接在上臂遠離轉動關節ⅰ的一端。

進一步，所述下臂通過一迴轉平臺與底座相連，所述迴轉平臺與磁性底板平行設置，所述迴轉平臺由固定於底座的迴轉電機驅動而旋轉。

進一步，該裝置還包括驅動電機ⅰ、驅動電機ⅱ及驅動電機ⅲ；所述轉動關節ⅰ由驅動電機ⅰ驅動而旋轉，所述轉動關節ⅱ由驅動電機ⅱ驅動而旋轉；所述上臂通過軸承與轉動關節ⅰ相連，且所述上臂由驅動電機ⅲ驅動而自軸旋轉。

進一步，所述上臂為軸向伸縮式結構，該裝置還包括用於驅動上臂伸縮的氣動直線氣缸；所述紅外測溫儀隨上臂的伸縮而沿上臂軸向移動。

進一步，該裝置還包括一自動控制系統，所述自動控制系統包括處理控制器、距離傳感器、無線通信器及取電器；所述處理控制器分別與紅外測溫儀、迴轉電機、驅動電機ⅰ、驅動電機ⅱ、驅動電機ⅲ、無線通信器及取電器相連；所述距離傳感器設在紅外測溫儀上，用於實時探測紅外測溫儀的測溫端頭與待檢測工件之間的平行距離；所述無線通信器設於底座，用於實現處理控制器與外置手持式終端的通信；所述取電器設於底座，用於與供電電源相連以實現各用電部件的電能供應。

進一步，所述供電電源包括太陽能光伏組件、mppt控制器、蓄電池及逆變器，所述太陽能光伏組件的輸出端與mppt控制器的輸入端相連，所述mppt控制器的輸出端與蓄電池的輸入端相連，所述蓄電池的輸出端與逆變器的輸入端相連，所述逆變器的輸出端與取電器的電力輸入端相連。

進一步，所述太陽能光伏組件括電池總成和用於固定電池總成的邊框，所述電池總成包括從上往下依次設置的前板玻璃、前層膠膜、電池片、後層膠膜和背板玻璃；所述前板玻璃和背板玻璃四周固定密封連接，所述前層膠膜、電池片及後層膠膜固定在由前板玻璃和背板玻璃形成的密封空間中。

進一步，所述邊框上一體成型有用於安裝mppt控制器、蓄電器及逆變器的電路盒。

本發明的有益效果：本發明的基於紅外成像的切削溫度檢測裝置，紅外測溫儀可採用紅外成像的方式採集切削加工過程中的圖像數據；底座設有磁性底板，使用時可將底座吸附在數控工具機的金屬床身或立柱上，從而便於該裝置的定位，同時無需更改工具機結構，降低了該裝置的應用成本；紅外測溫儀還可由機械手驅動而在空間中移動，適應待檢測工件的實際情況，達到了有效檢測數控工具機加工時的切削溫度，提高了零件加工質量的目的。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步描述：

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明的自動控制系統的結構框圖；

圖3為本發明的太陽能光伏組件的結構示意圖。

具體實施方式

如圖1至圖3所示：本實施例的基於紅外成像的切削溫度檢測裝置，包括底座1、機械手及紅外測溫儀3；所述底座1的底部設有用於磁性吸附金屬體的磁性底板1a，所述機械手連接在底座1上，所述紅外測溫儀3連接在機械手上並由機械手帶動在空間中移動；底座1可由金屬製成，整體呈長方體結構；機械手可為現有常見的結構，具有一定的伸縮、摺疊自由度，其連接底座1與紅外測溫儀3，使紅外測溫儀3相對固定；底板具有硬磁性(永久磁性)或者軟磁性(暫時磁性)，能夠與金屬件磁性相吸，便於底座1定位；紅外測溫儀3可為現有常見的結構，其工作原理則不再贅述；紅外測溫儀3可採用紅外成像的方式採集切削加工過程中的圖像數據；底座1設有磁性底板1a，使用時可將底座1吸附在數控工具機的金屬床身或立柱上，從而便於該裝置的定位，同時無需更改工具機結構，降低了該裝置的應用成本；紅外測溫儀3還可由機械手驅動而在空間中移動，適應待檢測工件的實際情況，達到了有效檢測數控工具機加工時的切削溫度，提高了零件加工質量的目的。

本實施例中，所述磁性底板1a為電磁吸附式結構；磁性底板1a與一電磁機構相連，當電磁機構通電後，磁性底板1a即具有磁性，從而能夠吸附在工具機上；當需要取下底座1時，只需斷開電磁機構的電路即可，提高了使用的便利性；電磁機構的電能可來自市電或者其它發電器。

本實施例中，所述機械手包括從上往下依次連接的上臂21、中臂22和下臂23，所述上臂21與中臂22通過轉動關節ⅰ24單自由度轉動連接，所述中臂22與下臂23通過轉動關節ⅱ25單自由度轉動連接，所述下臂23連接於底座1，所述紅外測溫儀3連接在上臂21遠離轉動關節ⅰ24的一端；在空間上，上臂21與下臂23具有垂直關係；轉動關節ⅰ24、轉動關節ⅱ25分別實現相應兩部件的鉸接；上臂21與中臂22之間的夾角可變，中臂22與下臂23之間的夾角也可變，兩夾角的改變相配合使得紅外測溫儀3處於空間上不同的位置，從而適應工件的檢測需求，通用性強且檢測準確度高。

本實施例中，所述下臂23通過一迴轉平臺4與底座1相連，所述迴轉平臺4與磁性底板1a平行設置，所述迴轉平臺4由固定於底座1的迴轉電機54驅動而旋轉；迴轉電機54的輸出軸可通過渦輪蝸杆傳動機構與迴轉平臺4相連；迴轉平臺4旋轉帶動機械臂一同旋轉，在簡化機械臂結構、提高裝置緊湊性的前提下增大了紅外測溫儀3的移動自由度，從而滿足多種檢測要求，提高適用範圍。

本實施例中，該裝置還包括驅動電機ⅰ51、驅動電機ⅱ52及驅動電機ⅲ53；所述轉動關節ⅰ24由驅動電機ⅰ51驅動而旋轉，所述轉動關節ⅱ25由驅動電機ⅱ52驅動而旋轉；所述上臂21通過軸承26與轉動關節ⅰ24相連，且所述上臂21由驅動電機ⅲ53驅動而自軸旋轉；驅動電機ⅰ51啟動時，轉動關節ⅰ24動作，從而上臂21與中臂22之間的夾角可調；驅動電機ⅱ52啟動時，轉動關節ⅱ25動作，從而中臂22與下臂23之間的夾角可調；動電機ⅲ啟動時，上臂21自軸旋轉；紅外測溫儀3可通過螺接方式連接在上臂21末端；各電機之間相互配合，使得紅外測溫儀3得到精確的移動，其測量精度高；同時，所述上臂21優選為軸向伸縮式結構，該裝置還包括用於驅動上臂21伸縮的氣動直線氣缸6，上臂21與氣動直線氣缸6的活塞杆相連，活塞杆的直線伸縮帶動上臂21伸縮；所述紅外測溫儀3則隨上臂21的伸縮而沿上臂21軸向移動；實現紅外測溫儀3的多方位調節。

本實施例中，該裝置還包括一自動控制系統，所述自動控制系統包括處理控制器71、距離傳感器72、無線通信器73及取電器74；所述處理控制器71分別與紅外測溫儀3、迴轉電機54、驅動電機ⅰ51、驅動電機ⅱ52、驅動電機ⅲ53、無線通信器73及取電器74相連；所述距離傳感器72設在紅外測溫儀3上，用於實時探測紅外測溫儀3的測溫端頭與待檢測工件之間的平行距離；所述無線通信器73設於底座1，用於實現處理控制器71與外置手持式終端75的通信；所述取電器74設於底座1，用於與供電電源相連以實現各用電部件的電能供應；距離傳感器72可為超聲波測距式結構，不僅能夠測量距離，而且還能夠保證紅外測溫儀3的測溫端頭與待檢測工件保持水平，提高檢測的可靠性；處理控制器71為單片機，其具有數據處理和信號控制的功能，接收紅外測溫儀3及距離傳感器72的相關信息，通過無線通信器73將信息傳至外置手持式終端75，操作者通過外置手持式終端75即可實現遠程控制；處理控制器71、無線通信器73及取電器74通過一盒體9設在底座1上；取電器74可與市電或者其它發電器相連。

例如，利用本裝置的檢測可通過以下步驟實現：

步驟一：資料庫建立；利用兩點定標法校正紅外成像的非均勻性，建立溫度與圖像灰度資料庫；建立材料發射率、環境溫度以及距離與溫度關係資料庫。

步驟二：位姿調整；接通電源和氣源，將底座1固定數控工具機床身或立柱上，通電吸附；通過外置手持式終端75調整各執行機構(包括迴轉電機54、驅動電機ⅰ51、驅動電機ⅱ52及驅動電機ⅲ53)，使紅外測溫儀3的測溫端頭中心線與待檢測工件保持水平。

步驟三：調用資料庫，系統修正；測定加工材料屬性，查找資料庫，確定發射率係數和修訂係數；檢測環境溫度，確定溫度修正係數；確定非線性校正係數；確定距離修正係數；根據參數對紅外測溫成像系統進行校正。

步驟四：溫度採集；啟動切削加工，略微調整紅外測溫儀3姿態，使測溫儀圖像最佳。

步驟五：將步驟四採集的數據收集到處理控制器71進行處理，並由無線通信器73發送。

步驟六：溫度顯示；接收步驟五發送的數據，調用資料庫，擬合灰度圖像，得到溫度數值並顯示。

步驟七：自動修正。隨切環境溫度、材料表面質量、測試距離、工件溫度等因素變化，對測溫系統數據處理模塊進行二次校正，減少測量誤差。

本實施例中，所述供電電源包括太陽能光伏組件81、mppt控制器82、蓄電池83及逆變器84，所述太陽能光伏組件81的輸出端與mppt控制器82的輸入端相連，所述mppt控制器82的輸出端與蓄電池83的輸入端相連，所述蓄電池83的輸出端與逆變器84的輸入端相連，所述逆變器84的輸出端與取電器74的電力輸入端相連；太陽能光伏組件81、mppt控制器82可設在室外，其通過導線與其它部件相連接；太陽能光伏組件81可將光能轉化為電能並儲存在蓄電池83中，逆變器84則把產生的直流電能轉變成交流電並輸出供本裝置的用電部件使用，有利於節能環保的實現；而且，mppt控制器82可對光伏陣列中的最大功率點進行跟蹤，獲取最大功率點的方案，使供電電源始終輸出最大功率，從而提高太陽能利用率。

本實施例中，所述太陽能光伏組件81括電池總成和用於固定電池總成的邊框812，所述電池總成包括從上往下依次設置的前板玻璃81a、前層膠膜81b、電池片81c、後層膠膜81d和背板玻璃81e；所述前板玻璃81a和背板玻璃81e四周固定密封連接，所述前層膠膜81b、電池片81c及後層膠膜81d固定在由前板玻璃81a和背板玻璃81e形成的密封空間中；由於前板玻璃81a和背板玻璃81e四周固定密封連接，可提高電池總成封裝的密封性和可靠性，最大限度地延緩封裝材料的老化；前板玻璃81a、背板玻璃81e為鋼化玻璃結構；前層膠膜81b和後層膠膜81d則均為熔點大於80℃的eva膠膜；邊框812包括均採用金屬材料製成的上橫擋邊、中橫擋邊、下橫擋板、側板和封板，所述上橫擋邊、中橫擋邊、下橫擋板從上往下依次與側板連接，中橫擋邊與上橫擋邊相對的一側的末端設置有導流面，導流面與水平方向呈負角，導流面的長度為4mm～8mm，所述導流面與水平方向的夾角為-3°～-6°；上橫擋邊遠離側板的一端向下延伸形成防溢凸塊，向下即朝向中橫擋邊的方向，裝配時，防溢凸塊與前板玻璃81a緊密接觸，有效防止膠體的溢出，增強了結合能力。

本實施例中，所述邊框上一體成型有用於安裝mppt控制器82、蓄電器及逆變器84的電路盒85；邊框例如可為鋁製結構；採用該結構，mppt控制器82、蓄電池83、逆變器84能與太陽能電池組件整體式設置，在太陽能電池組件上即可實現電能儲存及轉換的功能，使用時無需另行搬運和接線，利於電力裝置的小型化和家用化；逆變器84優選為gan太陽能逆變器84結構。

最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。