[发明专利]用于搅拌摩擦焊的压力和扭矩在线实时测量装置

权利要求书

1.一种用于搅拌摩擦焊的压力和扭矩在线实时测量装置，其特征在于：包括在线采集与处理模块、信号显示与通讯模块以及上位机模块，在线采集与处理模块输出端接于信号显示与通讯模块输入端，信号显示与通讯模块输出端接于上位机模块的输入端；

所述的在线采集与处理模块包括机床主轴箱机头法兰（1）、主轴（2）、法兰螺钉（3）、刀柄（4）、固定部分（5）、旋转部分（6）、轴套（7）、第一紧定螺钉（8）、搅拌头（9）、第二紧定螺钉（10）、刀柄螺钉（13）、通讯接口（16）以及黏贴应变片区域（17）；刀柄（4）顶部接于主轴（2），主轴（2）外为机床主轴箱机头法兰（1），固定部分（5）通过法兰螺钉（3）固定安装在机床主轴箱机头法兰（1)上；旋转部分（6）在固定部分（5）内侧通过刀柄螺钉（13）固定在刀柄（4）上，随刀柄（4）一起旋转，且固定部分（5）外侧设有通讯接口（16）；内凹的黏贴应变片区域（17）在刀柄（4）下侧一周，刀柄（4）在黏贴应变片区域（17）采用小外径且中间空腔的轴结构，以提高测量的灵敏度和精度，并兼顾刀柄（4）的强度和刚度；搅拌头（9）通过第一紧定螺钉（8）与轴套（7）连接固定，轴套（7）通过第二紧定螺钉（10）与刀柄（4）下端连接固定；

所述的信号显示与通讯模块封装在显示仪（11）内，包括连线端子板、单片机处理单元、压力和扭矩液晶显示屏、压力和扭矩设定阈值液晶显示屏、红色报警显示灯、USB口、高频电缆（12）以及高频线缆（15）；连线端子板输出端接于单片机处理单元的输入端，单片机处理单元的输出端同时接于压力和扭矩液晶显示屏、压力和扭矩设定阈值液晶显示屏、红色报警显示灯和USB口；通讯接口（16）通过高频电缆（12）与连线端子板连接；

所述的上位机模块通过高频线缆（15）与USB口连接，根据传输协议进行通讯，将压力和扭矩测量值传输给上位机进行存储，通讯码为16进制码。

2.根据权利要求1所述的一种用于搅拌摩擦焊的压力和扭矩在线实时测量装置，其特征在于：所述的在线采集与处理模块包括两个信号实时传感单元，直接嵌入到连接搅拌头（9）的刀柄(4)上，实时获取检测信号并处理，将检测信号转成压力和扭矩数值信息。

3.根据权利要求1所述的一种用于搅拌摩擦焊的压力和扭矩在线实时测量装置，其特征在于：所述的旋转部分（6）包括：稳压电源单元即应变桥、放大器、单片机处理单元；放大器单元即对应变信号进行放大、去毛刺、零点设置，输出与应变相对应的电压；单片机处理单元，将电压信号转换为数字信号，再通过耦合线圈来输出；所述的固定部分（5）包括激磁电源单元，即固定部分电路供电，也通过激励电源驱动耦合线圈为旋转部分（6）提供能量，同时通过耦合线圈接收压力和扭矩数字信号；单片机处理单元为激励电源提供激励信号，将耦合过来的数字信号通过通讯接口（16）输出。

4.根据权利要求1所述的一种用于搅拌摩擦焊的压力和扭矩在线实时测量装置，其特征在于：所述的通讯接口（16）为RS485通讯接口；所述的高频电缆12包括供电电缆和RS485通讯电缆。

5.根据权利要求1所述的一种用于搅拌摩擦焊的压力和扭矩在线实时测量装置，其特征在于：所述的刀柄（4）与主轴（2）的连接锥面适用于不同型号的机床主轴。

6.根据权利要求1所述的一种用于搅拌摩擦焊的压力和扭矩在线实时测量装置，其特征在于：用于搅拌摩擦焊的压力和扭矩在线实时测量装置的测试方法包括如下步骤

步骤一装置的连接与预热：在线采集与处理模块通过高频电缆（12）与显示仪（11）连接，显示仪（11）与上位机（14）通过USB口连接，整套装置连接好后通电，显示仪（11）上压力和扭矩显示屏显示当前压力值和扭矩值，在开始测量前，仪器装置预热30分钟；

步骤二调试：显示仪（11）与上位机（14）之间建立通讯，开始传输数据；

步骤三参数设置：预先对扭矩、压力的零点和阈值进行设定；

步骤四开始测定：启动机床，实时监测数据并存储；

步骤五层完成，停止传输数据。