一种基于光纤传感的切削温度测量系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于光纤传感的切削温度测量系统，其特征在于：包括具有开口（91）的暗箱（9）和能够从所述开口（91）伸入所述暗箱（9）内部的主轴头（5），所述主轴头（5）的端部可拆卸的安装有刀具（8），所述主轴头（5）上固定安装有软管（7），所述软管（7）中设置有光纤温度传感器（1），所述光纤温度传感器（1）的一端从所述软管（7）一端伸出靠近所述刀具（8），所述光纤温度传感器（1）的另一端从所述软管（7）另一端伸出并与光电转换电路（2）相连接，所述光电转换电路（2）与数据采集模块（3）相连接，所述数据采集模块（3）与计算机（4）相连接。本实用新型结构简单、性能可靠、测量精度较高。
【专利说明】一种基于光纤传感的切削温度测量系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种温度测量系统，尤其涉及一种基于光纤传感的切削温度测量系统。
【背景技术】
[0002]目前，随着现代化大规模生产的需要，要求机械加工中的切削速度越来越快，然而，过快的切削速度必然会在刀具和工件上产生较高的温度，而温度变化必然会引起切削误差，这种由温度变化引起的误差在机械加工的总体误差中所占比例越来越大，已成为进一步提高加工精度的主要障碍之一。但是，目前对切削温度的理论研究还远落后于实际应用，因此，研究高速切削过程中的切削温度具有理论价值和实际意义。
[0003]发展至今，切削温度的测量方法大致包括接触式测量法、非接触式测量法和间接测量法。其中，接触式测量法主要是采用热电偶测量，由于它的测温装置具有结构简单、测量方便的优点，因此成为了目前国内外应用较广泛和成熟的方法。然而，长期使用中发现接触式测量方法，还存在着一定的局限性，具体表现为热电偶只能测量点温和平均温度，同时还存在响应速度慢、精度不高，且对于超硬刀具，热电偶埋进去比较困难的缺陷与问题，因此，限制了接触式测量法方法的使用。非接触测量方法主要包括有红外热像仪法、辐射高温计法、红外照相法等，该非接触测量方法测量温度时具有直观、简便、可远距离监测等优点，但是，仅限于测量工件、刀具表面的温度，并且存在价格昂贵、难以确定材料的辐射率、测量响应比较慢、精度较差等缺陷与问题，因此，这种非接触测量方法很难准确地得到切削温度场。
[0004]光纤因其具有抗干扰能力强、绝缘性好，耐高温好等优点，因此可以应用于多种传感器的开发。相比于传统测温方法，光纤测温具有抗电磁干扰、耐腐蚀、防爆性好、体积小、重量轻、可绕曲、灵敏度高、使用寿命长、传输距离远、维护方便等诸多优点。光纤技术的飞速发展，为非接触式温度测量在生产中的应用提供了非常有利的条件。许多热电偶和常规的红外测温仪无法解决的测温问题，光纤测温技术都可以解决，特别是在高温测量领域，光纤测温技术越来越表现出强大的生命力。在光纤测温的应用中，早在1984年，冶金部自动化研究所(102所)开始对基于比色法的温度测试仪进行研究，Sff-1型比色光纤测温仪是该所研制出来的首台测温仪，之后做了大量的试验和理论分析，又研制出了光纤式红外比色高温计，这两种仪表都能够满足设计上的性能指标。我国空军第一航空学院研制了一种比色测温仪，该测温仪是利用担酸铿热释电探测器实现对火焰温度在线的实时测量。沈阳工业大学应用了光纤测温技术对于等离子加热切削过程中温度实现检测。但是，目前国内外光纤测温技术还未应用于机床切削的加工过程中，因此，还未有光纤测温技术应用于机床切削加工温度测量的研究资料。
【发明内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、性能可靠、测量精度较高的基于光纤传感的切削温度测量系统。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于光纤传感的切削温度测量系统，包括具有开口的暗箱和能够从所述开口伸入所述暗箱内部的主轴头，所述主轴头的端部可拆卸的安装有刀具，所述主轴头上固定安装有软管，所述软管中设置有光纤温度传感器，所述光纤温度传感器的一端从所述软管一端伸出靠近所述刀具，所述光纤温度传感器的另一端从所述软管另一端伸出并与光电转换电路相连接，所述光电转换电路与数据采集模块相连接，所述数据采集模块与计算机相连接。
[0007]所述软管通过卡箍固定安装于所述主轴头上。
[0008]所述卡箍与所述主轴头之间设置有减震层。
[0009]所述暗箱的内壁上设置有隔热层。
[0010]与现有技术相比，本实用新型的有益效果为:由于本实用新型的基于光纤传感的切削温度测量系统包括有较少的部件，所以精简了测量系统，减少了额外的装置，因此，测量更加稳定，所得测量结果更加准确可靠。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型的结构示意图；
[0012]图2为图1所示暗箱的结构示意图；
[0013]图3为图1所示卡箍的结构示意图；
[0014]图中:开口 91，暗箱9，主轴头5，刀具8，软管7，光纤温度传感器1，光电转换电路2，数据采集模块3，计算机4，隔热层11，工件12，锁紧机构13，法兰孔15，减震层14。
【具体实施方式】
[0015]以下结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步详细说明:一种基于光纤传感的切削温度测量系统，包括有一个顶壁具有开口 91的暗箱9，该暗箱9的上方设置有能够从开口 91伸入暗箱9内部的主轴头5，该主轴头5靠近暗箱9的端部可拆卸的安装有用于切削工件的刀具8，在主轴头5上套装有一能够紧固于主轴头5上的卡箍6，该卡箍6上固定安装有一软管7，该软管7中设置有光纤温度传感器1，该光纤温度传感器I的一端从软管7—端伸出并靠近刀具8，光纤温度传感器I的另一端从软管7另一端伸出并与光电转换电路2相连接，该光电转换电路2与数据采集模块3相连接，数据采集模块3与计算机4相连接。
[0016]需要进一步说明的是:光纤温度传感器I安装于软管7中，不仅可以可靠的定位光纤温度传感器I，还便于调节光纤温度传感器I的位置。如图2所示，在暗箱9的内壁上设置一层隔热层11，实际应用中要求隔热层11的材料刚度较大且不宜过厚，并且与工件相接触的外表面应具有较大的摩擦系数，这样隔热层11即可有效的保证工件12的夹持可靠性又可减少测量过程中热量的散失；而暗箱9由非透明的柔性金属材料制成，这样可以确保测温环境在相对的暗室环境内进行，既可使得测试环境不受外界光线影响，又可保证测量信号的完整性。如图3所示，卡箍6为一非封闭的环状结构，在两个端部设置有锁紧机构13，该锁紧机构13可以是设置在两个端部与螺栓相配合的孔，在卡箍6上设置有用于固定软管7的法兰孔15，在卡箍6上与主轴头5相接触的表面上粘贴有减震层14，该减震层14可以减少加工过程中机床振动对光纤传感器I测温精度的影响。
[0017]使用时，将工件12置于暗箱9中，并通过虎钳10固定，刀具8深入暗箱9中对工件12进行切削，切削过程中，靠近刀具8的光纤传感器I完成温度测量，并将测得的光信号依次通过光电转换电路2及数据采集模块3传至计算机4进行保持处理。为达到较高的测量质量，可以通过调节软管7使光纤温度传感器I的位置改变，并使光纤温度传感器I的端面法向垂直于刀具8切削的方向，从而增大光纤的感温面积，同时在切削的过程中，光纤温度传感器I的移动方向平行于刀具8切削的方向，并跟随刀具8同步运动，以达到随动测量的目的。
[0018]以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本实用新型所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。
【权利要求】
1.一种基于光纤传感的切削温度测量系统，其特征在于:包括具有开口(91)的暗箱(9 )和能够从所述开口( 91)伸入所述暗箱(9 )内部的主轴头(5 )，所述主轴头(5 )的端部可拆卸的安装有刀具(8)，所述主轴头(5)上固定安装有软管(7)，所述软管(7)中设置有光纤温度传感器(I )，所述光纤温度传感器(I)的一端从所述软管(7) —端伸出靠近所述刀具(8)，所述光纤温度传感器(I)的另一端从所述软管(7)另一端伸出并与光电转换电路(2)相连接，所述光电转换电路(2)与数据采集模块(3)相连接，所述数据采集模块(3)与计算机(4)相连接。
2.根据权利要求1所述的切削温度测量系统，其特征在于:所述软管(7)通过卡箍(6)固定安装于所述主轴头(5)上。
3.根据权利要求2所述的切削温度测量系统，其特征在于:所述卡箍(6)与所述主轴头(5)之间设置有减震层(14)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的切削温度测量系统，其特征在于:所述暗箱(9)的内壁上设置有隔热层(11)。
【文档编号】B23Q17/24GK203679940SQ201420018760
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年1月13日 优先权日:2014年1月13日
【发明者】李宗靖, 冯勇, 贾丙辉 申请人:南京工程学院