一种内置振动传感器的刀柄的制作方法

本发明涉及测量振动信号的刀柄技术领域，特别涉及一种内置振动传感器的刀柄。

背景技术：

目前金属切削过程中的信号采集主要采集的是切削刀具温度、切削刀具变形量以此分析切削性能。对于切削过程中产生的振动信号的采集却少有文献报道，切削过程中应力的变化、温度的变化以及其他切削过程参数的变化将导致振动信号的变化，因此振动信号能够作为综合反映切削稳定性能的参考指标。

金属切削机床属于机械设备，对于机械设备振动信号的采集通用方法是将振动传感器贴在靠近振动源的机架位置从而获得振动信号。若使用该方法测量切削过程中的振动信号，振动源产生的振动信号通过刀具、刀柄、机架等零部件才被振动传感器获取。振动传播路径过长导致获得的振动信号包含大量噪声，信噪比低，从而后续处理振动信号的难度大。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种内置振动传感器的刀柄，解决了切削振动测量时振动信号传播路径长的问题，提高了振动信号的信噪比，降低了振动信号的后续处理难度。

本发明的技术方案为：一种内置振动传感器的刀柄，包括刀柄主体、数据采集电路板、振动采集组件、电能接收组件和电能发送组件，所述刀柄主体的中部设有内孔，数据采集电路板和振动采集组件安装于内孔中，电能接收组件设置于刀柄主体的外表面，电能发送组件与刀柄主体同轴安装，电能发送组件与电能接收组件正对设置且留有间隙，电能发送组件与电能接收组件进行无线电能传输并对数据采集电路板进行供电。其中，电能接收组件和电能发送组件配合使用，为振动采集组件和数据采集电路板供电，振动采集组件将采集到的振动信号传输到数据采集电路板上处理和储存，便可以获得刀柄的振动数据；电能发送组件与刀柄主体同轴安装在同一个机架上，且电能发送组件通过螺栓连接固定。

所述刀柄主体还设有与内孔相连通的引线孔，电能接收组件与数据采集电路板的电源线穿过引线孔，内孔中设有电路板安装槽和两个挡圈安装槽，所述电路板安装槽平行于刀柄主体的轴线，数据采集电路板设于电路板安装槽中，两个挡圈安装槽均垂直于刀柄主体的轴线，每个挡圈安装槽中均设置一个挡圈，振动采集组件设于两个挡圈之间。其中，电路板安装槽对数据采集电路板进行轴向固定和径向固定，挡圈和挡圈安装槽对振动采集组件进行轴向固定，振动采集组件设置在数据采集电路板之后，即振动采集组件的轴向位置位于数据采集电路板和夹头之间。

所述数据采集电路板包括数据存储卡、a/d转换器、电源转化装置和中央处理器。其中，电源转化装置包括交转直电源模块，数据存储卡保存振动信号的数据。

所述振动采集组件包括第一壳体、弹簧、振动传感器和传振件，弹簧安装于第一壳体的中部，弹簧的两端均设有振动传感器，振动传感器的引出线与数据采集电路板连接，所述传振件包括安装台和输入杆，安装台与振动传感器紧密贴合，输入杆与内孔的内壁接触。其中，弹簧处于压缩状态，弹簧对两端的振动传感器和传振件施加弹簧力，使传振件与内孔的内壁保持紧密接触，有利于采集振动信号。

所述振动采集组件还包括与第一壳体相配合的端盖，第一壳体的外侧设有用于定位的凸台，第一壳体的侧壁上设有凹槽，端盖的周向设有与凹槽相配合的凸块；第一壳体中部设有矩形槽和位于矩形槽中心处的第一通孔，弹簧、振动传感器和传振件均安装于矩形槽中，振动传感器的引出线穿过第一通孔，矩形槽两端的侧壁上设有第二通孔，输入杆穿过第二通孔并与内孔的内壁紧密接触。其中，端盖封闭第一壳体内的弹簧、振动传感器和传振件，防止其脱落，凸台嵌入刀柄主体的电路板安装槽中，从而径向固定振动采集组件；振动传感器的引出线穿过弹簧中轴和第一通孔，与数据采集电路板连接。

所述振动传感器采用振动加速度传感器，振动传感器粘接在安装台上。以便获得高质量的振动信号。

所述电能发送组件包括第二壳体和设于第二壳体内的电能发送线圈，所述电能接收组件包括第三壳体和设于第三壳体内的电能接收线圈，所述第三壳体上设有第三通孔，电能接收线圈的引出线穿过第三通孔后与数据采集电路板连接，电能接收线圈与电能发送线圈正对设置。其中，第二壳体和第三壳体均为圆柱型壳体，第二壳体通过螺栓安装在机架上，第三壳体通过冷装固定于刀柄主体外表面；电能发送线圈与电能接收线圈同轴、正对，且不接触，当电能发送线圈通入交流电时，电能接收线圈感应出交流电，电能接收线圈的引出线通过第三通孔和引线孔与数据采集电路板连接，数据采集电路板上设有交流转直流模块，能将电能接收线圈提供的交流电转变为直流电使用。

所述电能发送线圈比电能接收线圈长4～5mm；所述第二壳体的内表面与刀柄主体的外表面之间的间隙为2～5mm，第二壳体的内表面与第三壳体的外表面之间的间隙为2～5mm。

所述电能发送组件还包括信号接收线圈，信号接收线圈设于第二壳体内，所述电能接收组件还包括信号发送线圈，信号发送线圈设于第三壳体内，信号接收线圈正对信号发送线圈。数据采集电路板中储存的振动信号可通过信号接收线圈和信号发送线圈进行无线传输，方便操作使用。

所述刀柄主体尾端还设有夹头和螺母，数据采集电路板上还设有蜂鸣器。数据采集电路板上的数据存储卡存满或者系统发生故障时，蜂鸣器可发出警报提醒。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本发明的内置振动传感器的刀柄，采用电能发送组件对电能接收组件进行无线供电，电能接收组件再给数据采集电路板供电，刀柄主体的回转运动不会对电源模块造成损害，电源模块寿命长，供电可靠，使用方便，解决了给刀具内部传感器供电的问题；

本发明的内置振动传感器的刀柄，采用内置式振动采集组件直接获取切削过程中刀柄上产生的振动信号，能够最大程度缩短切削振动信号的传播路径，获得的振动信号信噪比高，降低了后续振动信号的处理难度；

本发明的内置振动传感器的刀柄，采用信号发送线圈向信号接收线圈回传振动数据，回传的数据大小取决于信号发送线圈与信号接收线圈耦合的频率，不受电能发送线圈与电能接收线圈耦合频率以及刀柄主体运动干扰，回传的数据可靠，稳定。

附图说明

图1为本内置振动传感器的刀柄的结构示意图。

图2为图1的a处放大视图。

图3为图1的b处放大视图。

图4为振动采集组件的结构示意图。

图5为第一壳体的结构示意图。

图6为端盖的结构示意图。

图7为传振件的结构示意图。

图8为刀柄主体、夹头和螺母的结构示意图。

图9为实施例2的结构示意图。

图中所示，100为刀柄主体，101为引线孔，102为电路板安装槽，103为挡圈安装槽，104为内孔，200为第二壳体，210为电能发送线圈，211为信号接收线圈，300为第三壳体，310为电能接收线圈，311为信号发送线圈，320为第三通孔，400为数据采集电路板，500为挡圈，600为第一壳体，601为凸台，602为凹槽，603为第一通孔，604为第二通孔，610为弹簧，620为端盖，621为凸块，630为振动传感器，640为传振件，641为安装台，642为输入杆，700为夹头，800为螺母。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例一种内置振动传感器的刀柄，如图1所示，包括刀柄主体100、数据采集电路板400、振动采集组件、电能接收组件和电能发送组件，刀柄主体的中部设有内孔104，数据采集电路板和振动采集组件安装于内孔中，电能接收组件设置于刀柄主体的外表面，电能发送组件与刀柄主体同轴安装，电能发送组件与电能接收组件正对设置且留有间隙，电能发送组件与电能接收组件进行无线电能传输并对数据采集电路板进行供电。其中，电能接收组件和电能发送组件配合使用，为振动采集组件和数据采集电路板供电，振动采集组件将采集到的振动信号传输到数据采集电路板上处理和储存，便可以获得刀柄的振动数据；电能发送组件与刀柄主体同轴安装在同一个机架上，且电能发送组件通过螺栓连接固定。

如图8所示，刀柄主体还设有与内孔相连通的引线孔101，电能接收组件与数据采集电路板的电源线穿过引线孔，内孔中设有电路板安装槽102和两个挡圈安装槽103，所述电路板安装槽平行于刀柄主体的轴线，数据采集电路板设于电路板安装槽中，两个挡圈安装槽均垂直于刀柄主体的轴线，每个挡圈安装槽中均设置一个挡圈500，振动采集组件设于两个挡圈之间。电路板安装槽对数据采集电路板进行轴向固定和径向固定，挡圈和挡圈安装槽对振动采集组件进行轴向固定，振动采集组件设置在数据采集电路板之后，即振动采集组件的轴向位置位于数据采集电路板和夹头之间。刀柄主体的尾端还设有夹头700和螺母800。

数据采集电路板包括数据存储卡、a/d转换器、电源转化装置和中央处理器。电源转化装置包括交转直电源模块，数据存储卡保存振动信号的数据。数据采集电路板上还设有蜂鸣器。数据采集电路板上的数据存储卡存满或者系统发生故障时，蜂鸣器可发出警报提醒。

如图3～7所示，振动采集组件包括第一壳体600、弹簧610、振动传感器630和传振件640，弹簧安装于第一壳体的中部，弹簧的两端均设有振动传感器，振动传感器与传振件连接，振动传感器的引出线与数据采集电路板连接，传振件包括安装台641和输入杆642，安装台与振动传感器紧密贴合，输入杆与内孔的内壁接触。其中，刀柄主体的振动信号通过传振件传输到振动传感器，弹簧处于压缩状态，弹簧对两端的振动传感器和传振件施加弹簧力，使传振件与内孔的内壁保持紧密接触，有利于采集振动信号。

振动采集组件还包括与第一壳体相配合的端盖620，第一壳体的外侧设有用于定位的凸台601，第一壳体的侧壁上设有凹槽602，端盖的周向设有与凹槽相配合的凸块621；第一壳体中部设有矩形槽和位于矩形槽中心处的第一通孔603，弹簧、振动传感器和传振件均安装于矩形槽中，振动传感器的引出线穿过第一通孔，矩形槽两端的侧壁上设有第二通孔604，输入杆穿过第二通孔并与内孔的内壁紧密接触。端盖封闭第一壳体内的弹簧、振动传感器和传振件，防止其脱落，凸台嵌入刀柄主体的电路板安装槽中，从而径向固定振动采集组件；振动传感器的引出线穿过弹簧中空处和第一通孔，与数据采集电路板连接。

所述振动传感器采用振动加速度传感器，振动传感器粘接在安装台上，防止传振件脱离振动传感器，以便获得高质量的振动信号。

如图2所示，电能发送组件包括第二壳体200和设于第二壳体内的电能发送线圈210，电能接收组件包括第三壳体300和设于第三壳体内的电能接收线圈310，第三壳体上设有第三通孔320，电能接收线圈的引出线穿过第三通孔后与数据采集电路板连接，电能接收线圈与电能发送线圈正对设置。第二壳体和第三壳体均为圆柱型壳体，第二壳体通过螺栓安装在机架上，第三壳体通过冷装固定于刀柄主体外表面；电能发送线圈与电能接收线圈同轴、正对，且不接触，当电能发送线圈通入交流电时，电能接收线圈感应出交流电，电能接收线圈的引出线通过第三通孔和引线孔与数据采集电路板连接，数据采集电路板上设有交转直电源模块，能将电能接收线圈提供的交流电转变为直流电供数据采集电路板和振动采集组件使用。电能发送线圈比电能接收线圈长4mm；第二壳体的内表面与刀柄主体的外表面之间的间隙为3mm，第二壳体的内表面与第三壳体的外表面之间的间隙为4mm。

在使用时，电能发送组件首先通过螺栓固定在机架上，刀柄主体可自由穿过电能发送组件安装在机床上，给电能发送组件通电后，电能接收组件产生感应电流，感应电流接入数据采集电路板中转变为直流电，数据采集电路板得电后为振动采集模块供电然后开始采集数据，采集得到的数据存入数据存储卡中，定期从取出数据存储卡导出获得的数据即可。若在使用过程中，数据存储卡存满，或系统发生故障，设置于数据采集电路板之上的蜂鸣器将发出报警声。

实施例2

本实施例一种内置振动传感器的刀柄，本实施例与实施例1的不同之处在于，如图9所示，电能发送组件还包括信号接收线圈211，信号接收线圈设于第二壳体内，所述电能接收组件还包括信号发送线圈311，信号发送线圈设于第三壳体内，信号接收线圈正对信号发送线圈。数据采集电路板中储存的振动信号可通过信号接收线圈和信号发送线圈进行无线传输，方便操作使用。

使用时，除了采用数据存储卡方式获得振动数据外，还可通过无线传输的方式获得数据。如图9所示，在电能发送组件中增加一信号接收线圈211，在电能接收组件中增加一信号发送线圈311，信号发送线圈正对于信号接收线圈。在工作时，数据采集电路板为信号发送线圈与信号接收线圈耦合提供电能，数据采集电路板根据获得的振动信号数值改变信号发送线圈与信号接收线圈的耦合频率，通过识别信号接收线圈中电流的频率获得当前振动信号数值。信号发送线圈与信号接收线圈的耦合频率是电能发送线圈与电能接收线圈的耦合频率的10倍以上，且两对线圈耦合时磁场方向相同，故相互不会造成影响。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。