专利名称：搅拌摩擦焊在线测试系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机械工程测试技术，尤其是一种搅拌摩擦焊过程中的温度检测、 振动检测和焊接三向力的测试的系统，具体地说是一种搅拌摩擦焊在线测试系统。
背景技术：
目前，搅拌摩擦焊作为一种新型的固相连接技术，在铝合金焊接方面具有得天独 厚的优势，具有固态连接、接头性能优异、焊接过程简单、生产成本较低、焊接过程无污染等 优点，搅拌摩擦焊的这些技术特点使得它迅速发展成为在铝合金等轻金属结构的制造过程 中可以替代熔焊技术的新型工业化连接技术，同时它也成为了近年来工程研究的热点，大 量焊接实验和相关模拟研究工作得以开展。随着搅拌摩擦焊技术的不断发展和广泛应用，对焊接质量的要求也越来越高，而 焊接温度，振动情况以及焊接三向力都是影响焊接质量的重要参数。以往对上述三项指标 的测定都采取单独进行的方式，需要三套测试系统分别进行测量。这种测试系统不仅机构 复杂，操作繁琐，成本高而且效率低下。据申请人所知，到目前为止还没有形成一种能够对搅拌摩擦焊加工过程中的温 度，振动，三向力进行准确、综合在线测试的完整系统。
发明内容
本发明的目的是是针对现有的搅拌摩擦焊测试系统功能单一，结构复杂，操作繁 琐，效率低下，成本高等不合理问题，发明一套能够集温度检测，振动，检测，三向力检测为 一体的搅拌摩擦焊在线测试系统。本发明的技术方案是
一种搅拌摩擦焊在线测试系统，其特征是它主要由信号感应平台1、信号调理系统2和 数据采集系统3组成，所述的信号感应平台1包括测力八角环1-1、振动传感器1-2和温度 传感器1-3，测力八角环1-1固定在底座1-4上，安装工件的工作台1-5固定安装在测力八 角环1-1上，振动传感器1-2安装在搅拌摩擦焊机的搅拌轴4上，温度传感器1-3与工件 表面相接触，测力八角环1-1上的应变片1-6、振动传感器1-2及温度传感器1-2的信号输 出端与信号调理系统2的输入端相连，信号调理系统2由信号放大电路2-1、信号滤波电路 2-2和信号补偿电路2-3组成，信号放大电路2-1的输入端作为信号调理系统2的输入端与 振动传感器1-2及温度传感器1-2的信号输出端相连，信号放大电路2-1的输出端与信号 滤波电路2-2的输入端相连，信号滤波电路2-2的输出端与信号补偿电路2-3的输入端相 连，信号补偿电路2-3的输出端作为信号调理系统2的输出端与数据采集系统3的输入端 相连；数据采集系统3主要由计算机3-1和数据采集卡3-2组成，数据采集卡3-2的输入端 作为数据采集系统3的输入端与信号调理系统2的输出端即信号补偿电路2-3的输出端相 连，数据采集卡3-2的输出与安装有处理软件的计算机3-1的数据输入端相连，计算机3-1 在软件的控制下将测试结果按设定的形式在显示器上进行显示并存储或打印。
所述的测力八角环1-1的数量为两个，它对称安装在底座1-4相对的两侧边上，每 个测力八角环1-1上均设有一个亚铃状水平通孔1-6。信号调理系统2将采集到的电信号经信号放大电路2-1、信号滤波电路2-2和信号 补偿部分2-3进行放大，滤波，补偿以供采集系统采集。其中的信号补偿部分2-3的作用是主要是对热电偶进行冷端补偿，以消除由于 周围介质温度波动带来的误差，它主要由半导体二极管和阻值不同的电阻等组成。数据采集系统3是基于几种编程语言综合应用的集数据采集、显示和存储为一体 的系统，数据采集卡3-2在软件3-3的控制下可以直接将测到的电信号转换为相应的温度 信号，振动信号和力信号，并通过计算机3-1直观的显示出来。本发明的有益效果
(1)本发明集温度检测，三向力检测()，振动检测为一体，能够将搅拌摩擦焊加工过程 中重要的测量信号及时，准确，方便地采集下来，实现了搅拌摩擦焊重要参数的同步在线检 测。(2)本发明中的信号调理系统集多路信号调理为一体，克服了以往单信号调理中 的繁琐不协调的弊端，使测量更加准确简单。(3)本发明的数据采集系统，界面能够非常直观显示出加工过程中的温度，力和振 动的变化，采集到的数据能够及时保存而且界面友好操作简单。(4)本发明克服了搅拌摩擦焊个参数进行独立测量的缺点，具有结构简单，操作简 便，成本低等优点。(5)本发明集温度检测，三向力检测，振动检测为一体，实现了搅拌摩擦焊重要参 数的同步在线测试，其测试准确、结构简单、操作简便和成本低等优点。
图1是本发明的搅拌摩擦焊在线测试系统结构示意图。图2是本发明的测力八角环的结构示意图。图3是本发明实施例的补偿电路示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。如图1-2所示。一种搅拌摩擦焊在线测试系统，其特征是它主要由信号感应平台1、信号调理系统 2和数据采集系统3组成，如图1所示，所述的信号感应平台1包括两个对称设置的测力八 角环1-1 (如图2)、振动传感器1-2和温度传感器1-3，两个测力八角环1-1对称固定在底 座1-4相对的两边上，每个测力八角环1-1均设有一个亚铃状水平通孔1-6，即每个测力八 角环1-1的纵向剖切面上均有一个亚铃状的孔(两端的圆孔通过一个扁平孔相连通)，测力 八角环1-1的不与工作台1-5及底座1-4相接触的平面上部分或全部安装有应变片1-6，应 变片用于进行三向力测量，安装工件的工作台1-5固定安装在测力八角环1-1上，振动传感 器1-2安装在搅拌摩擦焊机的搅拌轴4上，温度传感器1-3与工件表面相接触，应变片1-6、 振动传感器1-2及温度传感器1-2的信号输出端与信号调理系统2的输入端相连，信号调理系统2由信号放大电路2-1 (可采用教科书上常见的信号放大电路或集成块加以实现)、 信号滤波电路2-2 (可采用教科书上常见的信号放大电路或集成块加以实现)和信号补偿电 路2-3 (它主要由半导体二极管和阻值不同的电阻组成)组成，信号放大电路2-1的输入端 作为信号调理系统2的输入端与应变片1-6、振动传感器1-2及温度传感器1-2的信号输出 端相连，信号放大电路2-1的输出端与信号滤波电路2-2的输入端相连，信号滤波电路2-2 的输出端与信号补偿电路2-3的输入端相连，信号补偿电路2-3的输出端作为信号调理系 统2的输出端与数据采集系统3的输入端相连；数据采集系统3主要由计算机3-1和数据 采集卡3-2组成，数据采集卡3-2的输入端作为数据采集系统3的输入端与信号调理系统2 的输出端即信号补偿电路2-3的输出端相连，数据采集卡3-2的输出与安装有处理软件的 计算机3-1的数据输入端相连，计算机3-1在软件的控制下将测试结果按设定的形式在显 示器上进行显示并存储或打印。本发明所采用的各种传感器均可直接从市场采购，所涉及的各种电路均可直接采 用或参照教科书上相应成熟的电路加以实现，也可根据功能要求选择相关的集成块加以实 现。其中的信号补偿电路也是一种常规的电路，可自行设计，可参考教科书设计，也可参照 图3，图3的信号补偿电路主要由半导体二极管和阻值不同的电阻等组成。本发明在工作 时，首先将工件固定在由两个测力八角环1-1上支承的工作台1-5上，然后将振动传感器 1-2通过固定装置固定在搅拌轴4上，温度传感器固1-3定在工件需要测温的部位，然后通 过导线将几个传感器产生的电压信号传送到信号调理系统2，进行信号处理，处理后的电压 信号直接供装有数据采集卡的数据采集系统3。下面以拼焊尺寸为200 X 100 X IOmm的两块铝合金板材为例进一步介绍使用本发 明的优点。首先，将两块铝合金板材固定在测力八角环1-1上的工作台1-5上，将振动传感 器1-2通过紧固装置固定在搅拌摩擦焊机搅拌轴4上，同时将温度传感器1-3 (本实验用 的是K型热电偶，也可采用其它常规的温度传感器)按测试要求固定在铝合金板材相应的位 置。其次，通过屏蔽电缆将信号感应平台1产生的多路电压信号(温度、振动、应变)传送到 信号调理系统2。再次，经过信号调理电路的电压信号直接通过导线连接到数据采集系统3 的数据采集卡上，然后再利用预装的程序将电压信号转化为相应的实际物理信号直观的显 示出来并将数据及时的存储下来。在实验中不仅可以直观的观察到焊接过程中的温度变化 曲线，振动周期，振动规律以及焊接过程中三向力的变化而且实验数据也可以毫无丢失的 及时保存下来。通过此实验可以看出，本发明搅拌摩擦焊在线测试系统不仅能够实现搅拌 摩擦焊多参数的同步在线测试，而且测试准确、机构简单和操作方便。本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
权利要求
一种搅拌摩擦焊在线测试系统，其特征是它主要由信号感应平台(1)、信号调理系统(2)和数据采集系统(3)组成，所述的信号感应平台(1)包括测力八角环(1 1)、振动传感器(1 2)和温度传感器(1 3)，测力八角环(1 1)固定在底座(1 4)上，安装工件的工作台(1 5)固定安装在测力八角环(1 1)上，振动传感器(1 2)安装在搅拌摩擦焊机的搅拌轴(4)上，温度传感器(1 3)与工件表面相接触，测力八角环(1 1)上的应变片(1 6)、振动传感器(1 2)及温度传感器(1 2)的信号输出端与信号调理系统(2)的输入端相连，信号调理系统(2)由信号放大电路(2 1)、信号滤波电路(2 2)和信号补偿电路(2 3)组成，信号放大电路(2 1)的输入端作为信号调理系统(2)的输入端与应变片(1 6)、振动传感器(1 2)及温度传感器(1 2)的信号输出端相连，信号放大电路(2 1)的输出端与信号滤波电路(2 2)的输入端相连，信号滤波电路(2 2)的输出端与信号补偿电路(2 3)的输入端相连，信号补偿电路(2 3)的输出端作为信号调理系统(2)的输出端与数据采集系统(3)的输入端相连；数据采集系统(3)主要由计算机(3 1)和数据采集卡(3 2)组成，数据采集卡(3 2)的输入端作为数据采集系统(3)的输入端与信号调理系统(2)的输出端即信号补偿电路(2 3)的输出端相连，数据采集卡(3 2)的输出与安装有处理软件的计算机(3 1)的数据输入端相连，计算机(3 1)在软件的控制下将测试结果按设定的形式在显示器上进行显示并存储或打印。
2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊在线测试系统，其特征是所述的测力八角环 (1-1)的数量为两个，它对称安装在底座(1-4)相对的两侧边上，每个测力八角环(1-1)上 均设有一个亚铃状水平通孔(1-6 )。
全文摘要
一种搅拌摩擦焊在线测试系统，包括信号感应平台，信号调理系统，数据采集系统三个部分，其特征是信号感应平台是以测力八角环为机体，将振动传感器和温度传感器分别固定在机体之上，集多传感器于一体；信号调理系统具有能同时处理多路不同电压信号的功能，本发明将采集到的电信号进行放大，滤波，补偿以供采集系统采集；数据采集系统是自行开发的集数据采集，显示和存储为一体的系统。本发明集温度检测，三向力检测，振动检测为一体，实现了搅拌摩擦焊重要参数的同步在线测试，其测试准确、结构简单、操作简便和成本低等优点。
文档编号G01H1/00GK101929892SQ20101029130
公开日2010年12月29日 申请日期2010年9月26日 优先权日2010年9月26日
发明者左敦稳, 汪洪峰, 王吉胜, 董学伟, 邵定林, 黎向锋 申请人:南京航空航天大学