基于红外成像的切削温度检测装置的制作方法

本发明涉及机械加工检测领域，特别涉及一种基于红外成像的切削温度检测装置。

背景技术：

切削加工是机械制造中广泛采用的一种方法，零件在机切削加工时会产生切削温度，切削热会分布到刀具、材料、切屑以及环境中，使刀具和工件迅速升温，温度过高会影响工件的加工质量、加剧刀具的磨损、影响刀具使用寿命等，甚至引起工件的热变形。随着数控机床、加工中心的推广与应用，对零件的精度和加工质量要求越来越高，切屑力和切削热对加工质量的影响引起了广泛的关注。因此，切削温度的检测对提高工件加工质量、提高刀具寿命以及研究切削机理、刀具磨损机理以及材料变形机理都有重要意义。

目前机械加工过程中常规的温度检测方法有接触式测量和非接触式测量两种。较普遍的接触式温度测量方式包括电阻式和热电偶式，具有结构简单，精度较高，操作方面等优点，但不足之处在于影响被测物体温度场分布，反应较慢，一些测量方式工艺复杂，如薄膜热电偶，需要多点测量时布线复杂、应用不便。非接触式测量红外线测温、ccd(高强度照相机)法、光导纤维测温法等，其中红外测温法由于反应速度快、测温范围宽、远近距离测量均可以及获得温度场分布等优点，被广泛应用到电力、钢铁、化工以及国防等领域。但是在使用红外测温仪测量切削温度时，常规做法是操作人员手持测温仪记录切削温度，受环境温度、操作者操作稳定性、距离以及机床防护罩干扰等多因素影响，造成测量误差；另一方面，基于高精度的质量要求以及特种加工、高速切削等加工工艺要求，需实时获得切削温度，检测数据的在线处理和实时反馈尤为重要。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于红外成像的切削温度检测装置，可采用红外成像的方式采集切削加工过程中的图像数据，并便于定位在数控机床上，以达到有效检测数控机床加工时的切削温度，提高零件加工质量的目的。

本发明的基于红外成像的切削温度检测装置，包括底座、机械手及红外测温仪；所述底座的底部设有用于磁性吸附金属体的磁性底板，所述机械手连接在底座上，所述红外测温仪连接在机械手上并由机械手带动在空间中移动。

进一步，所述磁性底板为电磁吸附式结构。

进一步，所述机械手包括从上往下依次连接的上臂、中臂和下臂，所述上臂与中臂通过转动关节ⅰ单自由度转动连接，所述中臂与下臂通过转动关节ⅱ单自由度转动连接，所述下臂连接于底座，所述红外测温仪连接在上臂远离转动关节ⅰ的一端。

进一步，所述下臂通过一回转平台与底座相连，所述回转平台与磁性底板平行设置，所述回转平台由固定于底座的回转电机驱动而旋转。

进一步，该装置还包括驱动电机ⅰ、驱动电机ⅱ及驱动电机ⅲ；所述转动关节ⅰ由驱动电机ⅰ驱动而旋转，所述转动关节ⅱ由驱动电机ⅱ驱动而旋转；所述上臂通过轴承与转动关节ⅰ相连，且所述上臂由驱动电机ⅲ驱动而自轴旋转。

进一步，所述上臂为轴向伸缩式结构，该装置还包括用于驱动上臂伸缩的气动直线气缸；所述红外测温仪随上臂的伸缩而沿上臂轴向移动。

进一步，该装置还包括一自动控制系统，所述自动控制系统包括处理控制器、距离传感器、无线通信器及取电器；所述处理控制器分别与红外测温仪、回转电机、驱动电机ⅰ、驱动电机ⅱ、驱动电机ⅲ、无线通信器及取电器相连；所述距离传感器设在红外测温仪上，用于实时探测红外测温仪的测温端头与待检测工件之间的平行距离；所述无线通信器设于底座，用于实现处理控制器与外置手持式终端的通信；所述取电器设于底座，用于与供电电源相连以实现各用电部件的电能供应。

进一步，所述供电电源包括太阳能光伏组件、mppt控制器、蓄电池及逆变器，所述太阳能光伏组件的输出端与mppt控制器的输入端相连，所述mppt控制器的输出端与蓄电池的输入端相连，所述蓄电池的输出端与逆变器的输入端相连，所述逆变器的输出端与取电器的电力输入端相连。

进一步，所述太阳能光伏组件括电池总成和用于固定电池总成的边框，所述电池总成包括从上往下依次设置的前板玻璃、前层胶膜、电池片、后层胶膜和背板玻璃；所述前板玻璃和背板玻璃四周固定密封连接，所述前层胶膜、电池片及后层胶膜固定在由前板玻璃和背板玻璃形成的密封空间中。

进一步，所述边框上一体成型有用于安装mppt控制器、蓄电器及逆变器的电路盒。

本发明的有益效果：本发明的基于红外成像的切削温度检测装置，红外测温仪可采用红外成像的方式采集切削加工过程中的图像数据；底座设有磁性底板，使用时可将底座吸附在数控机床的金属床身或立柱上，从而便于该装置的定位，同时无需更改机床结构，降低了该装置的应用成本；红外测温仪还可由机械手驱动而在空间中移动，适应待检测工件的实际情况，达到了有效检测数控机床加工时的切削温度，提高了零件加工质量的目的。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的自动控制系统的结构框图；

图3为本发明的太阳能光伏组件的结构示意图。

具体实施方式

如图1至图3所示：本实施例的基于红外成像的切削温度检测装置，包括底座1、机械手及红外测温仪3；所述底座1的底部设有用于磁性吸附金属体的磁性底板1a，所述机械手连接在底座1上，所述红外测温仪3连接在机械手上并由机械手带动在空间中移动；底座1可由金属制成，整体呈长方体结构；机械手可为现有常见的结构，具有一定的伸缩、折叠自由度，其连接底座1与红外测温仪3，使红外测温仪3相对固定；底板具有硬磁性(永久磁性)或者软磁性(暂时磁性)，能够与金属件磁性相吸，便于底座1定位；红外测温仪3可为现有常见的结构，其工作原理则不再赘述；红外测温仪3可采用红外成像的方式采集切削加工过程中的图像数据；底座1设有磁性底板1a，使用时可将底座1吸附在数控机床的金属床身或立柱上，从而便于该装置的定位，同时无需更改机床结构，降低了该装置的应用成本；红外测温仪3还可由机械手驱动而在空间中移动，适应待检测工件的实际情况，达到了有效检测数控机床加工时的切削温度，提高了零件加工质量的目的。

本实施例中，所述磁性底板1a为电磁吸附式结构；磁性底板1a与一电磁机构相连，当电磁机构通电后，磁性底板1a即具有磁性，从而能够吸附在机床上；当需要取下底座1时，只需断开电磁机构的电路即可，提高了使用的便利性；电磁机构的电能可来自市电或者其它发电器。

本实施例中，所述机械手包括从上往下依次连接的上臂21、中臂22和下臂23，所述上臂21与中臂22通过转动关节ⅰ24单自由度转动连接，所述中臂22与下臂23通过转动关节ⅱ25单自由度转动连接，所述下臂23连接于底座1，所述红外测温仪3连接在上臂21远离转动关节ⅰ24的一端；在空间上，上臂21与下臂23具有垂直关系；转动关节ⅰ24、转动关节ⅱ25分别实现相应两部件的铰接；上臂21与中臂22之间的夹角可变，中臂22与下臂23之间的夹角也可变，两夹角的改变相配合使得红外测温仪3处于空间上不同的位置，从而适应工件的检测需求，通用性强且检测准确度高。

本实施例中，所述下臂23通过一回转平台4与底座1相连，所述回转平台4与磁性底板1a平行设置，所述回转平台4由固定于底座1的回转电机54驱动而旋转；回转电机54的输出轴可通过涡轮蜗杆传动机构与回转平台4相连；回转平台4旋转带动机械臂一同旋转，在简化机械臂结构、提高装置紧凑性的前提下增大了红外测温仪3的移动自由度，从而满足多种检测要求，提高适用范围。

本实施例中，该装置还包括驱动电机ⅰ51、驱动电机ⅱ52及驱动电机ⅲ53；所述转动关节ⅰ24由驱动电机ⅰ51驱动而旋转，所述转动关节ⅱ25由驱动电机ⅱ52驱动而旋转；所述上臂21通过轴承26与转动关节ⅰ24相连，且所述上臂21由驱动电机ⅲ53驱动而自轴旋转；驱动电机ⅰ51启动时，转动关节ⅰ24动作，从而上臂21与中臂22之间的夹角可调；驱动电机ⅱ52启动时，转动关节ⅱ25动作，从而中臂22与下臂23之间的夹角可调；动电机ⅲ启动时，上臂21自轴旋转；红外测温仪3可通过螺接方式连接在上臂21末端；各电机之间相互配合，使得红外测温仪3得到精确的移动，其测量精度高；同时，所述上臂21优选为轴向伸缩式结构，该装置还包括用于驱动上臂21伸缩的气动直线气缸6，上臂21与气动直线气缸6的活塞杆相连，活塞杆的直线伸缩带动上臂21伸缩；所述红外测温仪3则随上臂21的伸缩而沿上臂21轴向移动；实现红外测温仪3的多方位调节。

本实施例中，该装置还包括一自动控制系统，所述自动控制系统包括处理控制器71、距离传感器72、无线通信器73及取电器74；所述处理控制器71分别与红外测温仪3、回转电机54、驱动电机ⅰ51、驱动电机ⅱ52、驱动电机ⅲ53、无线通信器73及取电器74相连；所述距离传感器72设在红外测温仪3上，用于实时探测红外测温仪3的测温端头与待检测工件之间的平行距离；所述无线通信器73设于底座1，用于实现处理控制器71与外置手持式终端75的通信；所述取电器74设于底座1，用于与供电电源相连以实现各用电部件的电能供应；距离传感器72可为超声波测距式结构，不仅能够测量距离，而且还能够保证红外测温仪3的测温端头与待检测工件保持水平，提高检测的可靠性；处理控制器71为单片机，其具有数据处理和信号控制的功能，接收红外测温仪3及距离传感器72的相关信息，通过无线通信器73将信息传至外置手持式终端75，操作者通过外置手持式终端75即可实现远程控制；处理控制器71、无线通信器73及取电器74通过一盒体9设在底座1上；取电器74可与市电或者其它发电器相连。

例如，利用本装置的检测可通过以下步骤实现：

步骤一：数据库建立；利用两点定标法校正红外成像的非均匀性，建立温度与图像灰度数据库；建立材料发射率、环境温度以及距离与温度关系数据库。

步骤二：位姿调整；接通电源和气源，将底座1固定数控机床床身或立柱上，通电吸附；通过外置手持式终端75调整各执行机构(包括回转电机54、驱动电机ⅰ51、驱动电机ⅱ52及驱动电机ⅲ53)，使红外测温仪3的测温端头中心线与待检测工件保持水平。

步骤三：调用数据库，系统修正；测定加工材料属性，查找数据库，确定发射率系数和修订系数；检测环境温度，确定温度修正系数；确定非线性校正系数；确定距离修正系数；根据参数对红外测温成像系统进行校正。

步骤四：温度采集；启动切削加工，略微调整红外测温仪3姿态，使测温仪图像最佳。

步骤五：将步骤四采集的数据收集到处理控制器71进行处理，并由无线通信器73发送。

步骤六：温度显示；接收步骤五发送的数据，调用数据库，拟合灰度图像，得到温度数值并显示。

步骤七：自动修正。随切环境温度、材料表面质量、测试距离、工件温度等因素变化，对测温系统数据处理模块进行二次校正，减少测量误差。

本实施例中，所述供电电源包括太阳能光伏组件81、mppt控制器82、蓄电池83及逆变器84，所述太阳能光伏组件81的输出端与mppt控制器82的输入端相连，所述mppt控制器82的输出端与蓄电池83的输入端相连，所述蓄电池83的输出端与逆变器84的输入端相连，所述逆变器84的输出端与取电器74的电力输入端相连；太阳能光伏组件81、mppt控制器82可设在室外，其通过导线与其它部件相连接；太阳能光伏组件81可将光能转化为电能并储存在蓄电池83中，逆变器84则把产生的直流电能转变成交流电并输出供本装置的用电部件使用，有利于节能环保的实现；而且，mppt控制器82可对光伏阵列中的最大功率点进行跟踪，获取最大功率点的方案，使供电电源始终输出最大功率，从而提高太阳能利用率。

本实施例中，所述太阳能光伏组件81括电池总成和用于固定电池总成的边框812，所述电池总成包括从上往下依次设置的前板玻璃81a、前层胶膜81b、电池片81c、后层胶膜81d和背板玻璃81e；所述前板玻璃81a和背板玻璃81e四周固定密封连接，所述前层胶膜81b、电池片81c及后层胶膜81d固定在由前板玻璃81a和背板玻璃81e形成的密封空间中；由于前板玻璃81a和背板玻璃81e四周固定密封连接，可提高电池总成封装的密封性和可靠性，最大限度地延缓封装材料的老化；前板玻璃81a、背板玻璃81e为钢化玻璃结构；前层胶膜81b和后层胶膜81d则均为熔点大于80℃的eva胶膜；边框812包括均采用金属材料制成的上横挡边、中横挡边、下横挡板、侧板和封板，所述上横挡边、中横挡边、下横挡板从上往下依次与侧板连接，中横挡边与上横挡边相对的一侧的末端设置有导流面，导流面与水平方向呈负角，导流面的长度为4mm～8mm，所述导流面与水平方向的夹角为-3°～-6°；上横挡边远离侧板的一端向下延伸形成防溢凸块，向下即朝向中横挡边的方向，装配时，防溢凸块与前板玻璃81a紧密接触，有效防止胶体的溢出，增强了结合能力。

本实施例中，所述边框上一体成型有用于安装mppt控制器82、蓄电器及逆变器84的电路盒85；边框例如可为铝制结构；采用该结构，mppt控制器82、蓄电池83、逆变器84能与太阳能电池组件整体式设置，在太阳能电池组件上即可实现电能储存及转换的功能，使用时无需另行搬运和接线，利于电力装置的小型化和家用化；逆变器84优选为gan太阳能逆变器84结构。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。