搅拌摩擦焊接过程中温度与压下量的在线检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种搅拌摩擦焊接过程中温度与压下量的在线检测装置，其包括安装在搅拌摩擦焊主轴上的圆形卡具、框式支架、调节组件、安装在调节组件上的温度检测模块和压下量检测模块以及通过数据线进行通信连接的工控机；圆形卡具包括半圆卡具、调节固定器和硅胶垫，位于框式支架上方；调节组件包括导轨、滑块、固定轴、转轴、调整块、轴座、轴套和传感器支架。本发明专利技术的检测装置通过框式支架使红外热像仪和激光测距传感器在搅拌摩擦焊接过程中随搅拌针移动，不受焊接母材和焊接过程影响，能够在线检测搅拌摩擦焊接过程的温度与压下量，以便及时分析焊接状态，保证焊接质量。

On line measuring device of temperature and reduction in friction stir welding process

【技术实现步骤摘要】
搅拌摩擦焊接过程中温度与压下量的在线检测装置
本专利技术涉及一种温度与压下量的检测装置，特别是用于搅拌摩擦焊接过程中温度与压下量的在线检测设备。
技术介绍
搅拌摩擦焊接是英国剑桥焊接协会WayneThomas等人于1991年专利技术的一项针对轻质金属结构的关键连接技术，这项技术与原有焊接工艺相比原理简单，控制参数少，降低了焊接过程的人为因素影响，提高了安全条件和焊接质量，广泛用于航天制造业、船舶制造业、核能工业等领域，国内外对搅拌摩擦焊技术的研究非常重视，研究主要集中在搅拌头与工件摩擦产热模型、搅拌摩擦焊接过程模拟及预测、焊缝形成与热塑金属的迁移、搅拌摩擦焊作用力影响、焊缝中缺陷形成的机制和搅拌摩擦焊引发的残余应力与变形等方向。国内外大部分研究都集中在焊机工艺和焊接材料上，对搅拌摩擦焊接过程中温度场、作用力和热塑性区方面的研究主要也是集中在有限元仿真方面，对焊接热性能和搅拌头压下量的在线检测研究特别少。现阶段对于搅拌摩擦焊接过程温度场检测方法有红外热像测温技术、热电偶测温技术、无限传输测温系统。上述检测方法中热电偶测温需要提前埋设热电偶，对焊接母材有一定破坏性，很难应用于实际生产中；以往的红外测温通常是在搅拌摩擦焊接设备附近安装红外热像仪三脚架，但很难实时跟踪搅拌头区域温度，对工作环境有一定要求；无线传输测温系统通过把测温装备固定在搅拌头上，虽然解决了测量系统信号传输问题，但是对于测温区域的可调节性仍有部分不足。搅拌摩擦焊接过程中，焊接温度场变化过程是一个动态变化过程，焊接温度的动态变化将对焊接接头的最终形状、焊缝质量、性能及应力变形等产生直接影响。通过测量焊接温度场，方便研究人员了解焊接质量并及时做出调整。搅拌摩擦焊接过程中焊接压力会影响搅拌摩擦生热，并对焊接过程中塑性金属起到压紧作用，焊接压力过大过小都会对焊接质量产生影响，而焊接压力与搅拌头压下量有直接关系。现有搅拌摩擦焊接设备对于压下量检测主要是通过安装在执行电机上的编码器或安装在导轨上的光栅尺测量执行电机输出轴转过的角度或在导轨上运动的机头在坐标空间中的位置，计算搅拌头压下量，这种计算对于理想刚体来说是准确的，但是对于大多焊接母材来说由于柔性发生非预期变形时，就会造成下压量发生偏移。因此及时准确的测量出焊接母材上的温度分布与搅拌头压下量，是进行焊接残余应力分析、焊接组织分析、焊缝表面形状分析的基础，也是对焊接过程进行计算机控制的前提。
技术实现思路
针对上述存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种搅拌摩擦焊接过程中温度与压下量的在线检测装置，不仅能够满足搅拌摩擦焊接过程中的复杂环境，还可以在不同焊接母材、不同规格的搅拌摩擦焊接设备下实现温度与压下量的在线检测，以便及时分析焊接状态，保证焊接质量。本专利技术的一种搅拌摩擦焊接过程中温度与压下量的在线检测装置，通过下述技术方案来实现：其包括圆形卡具、框式支架、调节组件、温度检测模块、压下量检测模块和工控机，所述圆形卡具包括半圆卡具和调节固定器，所述半圆卡具和所述调节固定器首尾相连，组成封闭圆环，所述半圆卡具的上表面与内侧面均分别连接所述框式支架与搅拌摩擦焊的主轴，所述框式支架包括底座和立柱，相邻立柱间通过所述底座相连，所述圆形卡具与所述底座间通过所述立柱连接；所述底座与所述立柱的侧面均设有导轨槽，所述调节组件包括导轨槽、滑块、固定轴、转轴、调整块、轴座和轴套，所述滑块设于所述导轨槽中，所述立柱中的滑块与所述轴套固连，所述固定轴的两端分别与所述轴套螺接，所述底座中的滑块与所述轴座固连，所述转轴的两端分别与所述轴座螺接，所述调整块的第一端设有长圆孔，所述长圆孔与所述固定轴相连，所述调整块的第二端与检测模块相连；所述调节组件包括第一调节组件和第二调节组件，所述第一调节组件和第二调节组件分别连接并调节所述温度检测模块和所述压下量检测模块；所述温度检测模块包括红外传感器支架和安装板固定主轴，所述红外传感器支架的第一端与所述安装板固定主轴固连，并与第一调整块形成转动副，所述红外传感器支架的第二端与第一转轴固连，并与第一轴座形成转动副，所述第一转轴与所述安装板固定主轴的轴线平行，所述第一调节组件能调节所述温度检测模块实现上下移动、前后移动和绕转轴摆动；所述压下量检测模块包括激光传感器支架和安装固定轴，所述激光传感器支架的第一端与所述安装固定轴固连，并与第二调整块形成转动副，所述激光传感器支架的第二端与第二转轴固连，并与第二轴座形成转动副，所述第二转轴与所述安装固定轴的轴线平行，所述第二调节组件能调节所述压下量检测模块实现上下移动、前后移动和绕转轴摆动。优选地，所述滑块与所述导轨槽组成移动副，与所述滑块相固连的轴座能沿所述底座上的导轨槽滑动，与所述滑块相固连的轴套能沿所述立柱上的导轨槽上下滑动。优选地，所述圆形卡具与搅拌摩擦焊的主轴之间设有硅胶垫，以增大摩擦力，所述调节固定器能调节所述圆形卡具的大小。优选地，所述温度检测模块还包括红外热像仪、红外热像仪安装孔和红外传感器散热孔，所述红外热像仪固定于所述红外传感器支架上；所述压下量检测模块还包括激光测距传感器、传感器安装孔和激光传感器散热孔，所述激光测距传感器固定于所述激光传感器支架上。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：(1)本专利技术利用红外热像仪设备实现了对搅拌摩擦焊接过程中搅拌头、焊接母材的温度精确在线监测，利用激光测距传感器实现对压下量的实时检测。为保证能实时在线检测搅拌头及焊接母材表面温度和搅拌头压下量，本专利技术将红外热像仪和激光测距传感器安装在框式支架两侧，通过调节组件调整传感器位置，从而使红外热像仪和激光测距传感器在线采集搅拌头附近温度与压下量，并随搅拌头同步移动，不影响搅拌摩擦焊接设备正常工作。(2)本专利技术利用红外热像仪对搅拌头和焊接母材温度进行在线检测，并通过数据线传输至工控机，实时显示红外温度图像，实现远距离实时检测温度分布，分析焊接情况。(3)本专利技术利用激光测距传感器对搅拌针压下量在线检测，并通过数据线传输至工控机，绘制焊接过程中搅拌头压下量实时变化曲线。(4)本专利技术设置了调节组件，当搅拌针长度变化，或者研究对象不局限于搅拌头附近时，可以调节红外热像仪和激光测距传感器实现上下移动、前后移动和绕转轴摆动，使传感器采集区域符合研究要求。(5)本专利技术的支架可以方便地安装在搅拌摩擦焊接设备上，实现搅拌摩擦焊接过程温度与压下量的在线检测，并不影响搅拌摩擦焊接设备正常工作。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术搅拌摩擦焊接过程中温度与压下量的在线检测装置的总装立体示意图；图2为本专利技术检测装置的圆形卡具的立体示意图；图3为本专利技术检测装置的框式支架的立体示意图；图4为本专利技术检测装置的调节组件的左视图；图5为本专利技术检测装置的调节组件与温度检本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种搅拌摩擦焊接过程中温度与压下量的在线检测装置，其包括圆形卡具、框式支架、调节组件、温度检测模块、压下量检测模块和工控机，其特征在于：/n所述圆形卡具包括半圆卡具和调节固定器，所述半圆卡具和所述调节固定器首尾相连，组成封闭圆环，所述半圆卡具的上表面与内侧面均分别连接所述框式支架与搅拌摩擦焊的主轴，所述框式支架包括底座和立柱，相邻立柱间通过所述底座相连，所述圆形卡具与所述底座间通过所述立柱连接；/n所述底座与所述立柱的侧面均设有导轨槽，所述调节组件包括导轨槽、滑块、固定轴、转轴、调整块、轴座和轴套，所述滑块设于所述导轨槽中，所述立柱中的滑块与所述轴套固连，所述固定轴的两端分别与所述轴套螺接，所述底座中的滑块与所述轴座固连，所述转轴的两端分别与所述轴座螺接，所述调整块的第一端设有长圆孔，所述长圆孔与所述固定轴相连，所述调整块的第二端与检测模块相连；/n所述调节组件包括第一调节组件和第二调节组件，所述第一调节组件和第二调节组件分别连接并调节所述温度检测模块和所述压下量检测模块；/n所述温度检测模块包括红外传感器支架和安装板固定主轴，所述红外传感器支架的第一端与所述安装板固定主轴固连，并与第一调整块形成转动副，所述红外传感器支架的第二端与第一转轴固连，并与第一轴座形成转动副，所述第一转轴与所述安装板固定主轴的轴线平行，所述第一调节组件能调节所述温度检测模块实现上下移动、前后移动和绕转轴摆动；/n所述压下量检测模块包括激光传感器支架和安装固定轴，所述激光传感器支架的第一端与所述安装固定轴固连，并与第二调整块形成转动副，所述激光传感器支架的第二端与第二转轴固连，并与第二轴座形成转动副，所述第二转轴与所述安装固定轴的轴线平行，所述第二调节组件能调节所述压下量检测模块实现上下移动、前后移动和绕转轴摆动。/n...

【技术特征摘要】
1.一种搅拌摩擦焊接过程中温度与压下量的在线检测装置，其包括圆形卡具、框式支架、调节组件、温度检测模块、压下量检测模块和工控机，其特征在于：
所述圆形卡具包括半圆卡具和调节固定器，所述半圆卡具和所述调节固定器首尾相连，组成封闭圆环，所述半圆卡具的上表面与内侧面均分别连接所述框式支架与搅拌摩擦焊的主轴，所述框式支架包括底座和立柱，相邻立柱间通过所述底座相连，所述圆形卡具与所述底座间通过所述立柱连接；
所述底座与所述立柱的侧面均设有导轨槽，所述调节组件包括导轨槽、滑块、固定轴、转轴、调整块、轴座和轴套，所述滑块设于所述导轨槽中，所述立柱中的滑块与所述轴套固连，所述固定轴的两端分别与所述轴套螺接，所述底座中的滑块与所述轴座固连，所述转轴的两端分别与所述轴座螺接，所述调整块的第一端设有长圆孔，所述长圆孔与所述固定轴相连，所述调整块的第二端与检测模块相连；
所述调节组件包括第一调节组件和第二调节组件，所述第一调节组件和第二调节组件分别连接并调节所述温度检测模块和所述压下量检测模块；
所述温度检测模块包括红外传感器支架和安装板固定主轴，所述红外传感器支架的第一端与所述安装板固定主轴固连，并与第一调整块形成转动副，所述红外传感器支架的第二端与第一转轴固连，并与第一轴座形成转动副，所述第一转轴与所述安装板固定主轴的轴线平行，所述第一调...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉存，米松涛，付献斌，李群，颜芳，张文文，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13