[发明专利]一种圆环式光纤光栅测力装置的应用

摘要

本发明圆环式光纤光栅测力装置的应用，该测力装置是由圆环式弹性变形体(4)、光纤光栅传感器(5)和微调装置组成，其中所述的圆环式弹性变形体，其圆环上、下两端通过螺钉分别固定在上安装板、下安装板上，该圆环设有多个螺纹孔、多个键槽和多个通孔，每个螺纹孔内安装一个微调装置，每个键槽用于安装微调装置中卡环上的键，每个通孔用于安装光纤。本发明用于数控机床加工过程中切削力、铣削力等测量，解决了原有弹性体转换体灵敏度不高及测量精度受制于传感器粘贴工艺等影响的技术问题，本发明可大幅度提高了弹性变形体灵敏度和测量精度。

主权项

一种圆环式光纤光栅测力装置的应用，其特征在于该测力装置由圆环式弹性变形体(4)、光纤光栅传感器(5)和微调装置组成，其中：所述的圆环式弹性变形体，其圆环沿径向的上、下两端通过螺钉分别固定在上安装板、下安装板上，所述的圆环式弹性变形体，其利用两个螺钉分别穿过圆环上、下两端的第一固定圆环的螺纹孔、第二固定圆环的螺纹孔后，再分别安装到上安装板、下安装板上；该圆环式弹性变形体的结构是：在圆环上设有用于固定圆环的第一固定圆环的螺纹孔、第二固定圆环的螺纹孔，用于安装微调装置的第一螺纹孔、第二螺纹孔、第三螺纹孔、第四螺纹孔及与第一螺纹孔、第二螺纹孔、第三螺纹孔、第四螺纹孔一体的第一键槽、第二键槽、第三键槽、第四键槽，以及圆环上固定光纤的第一通孔、第二通孔；所述的微调装置由滑块(1)、微调螺母(2)和卡环(3)组成；该测力装置在对数控机床实际加工过程中的切削力、铣削力的在线动态测量中应用时，是以圆环式光纤光栅测力装置为测力单元的测力仪进行的，包括以下步骤：1)微调装置的安装：将微调装置安装在圆环的第一螺纹孔、第二螺纹孔、第三螺纹孔、第四螺纹孔内；2)圆环式弹性变形体(4)的安装：首先，将四个圆环式弹性变形体(4)放到下安装板的正面，然后分别用螺钉先后穿过下安装板的螺栓孔及圆环式弹性变形体的第二固定圆环的螺纹孔以将圆环连接并固定到下安装板上，安装过程中应保证4个圆环两两垂直且使圆环的两个侧面分别与安装板的侧面相互平行或垂直，最后用机床装夹具将下安装板安装到机床工作台上，安装时与机床工作台接触的为下安装板的反面；3)光栅光纤传感器(5)的固定及焊接：首先，选用3个反射中心波长不同的光纤光栅传感器(5)，并分别编号为FBG1、FBG2、FBG3；其次，将FBG1、FBG2、FBG3分别穿过圆环上对应的通孔或滑块(1)中用于固定光纤的通孔；然后，分别把光纤光栅传感器(5)两端的光纤与通孔之间的缝隙用光栅粘贴专用胶填充以实现光纤光栅传感器(5)两端的固定；4)光纤光栅传感器(5)的预紧：预紧之前，需将光纤跳线连接到光纤解调仪，并将光纤解调仪与计算机相连，通过光纤解调仪的上位机查看同一条光纤跳线上的三个不同光纤光栅传感器的反射波长；预紧时,轻微旋钮微调螺母(2)使光纤和光栅被拉伸而产生应变并时刻查看波长变化，当光线反射波长变化达到预定值后停止微调过程；完成预紧之后，将上安装板放在四个圆环的上面且使上安装板的没有设置T型槽的面与圆环相接触，然后分别用4个螺钉先后穿过上安装板的螺栓孔和与螺栓孔相对应的圆环的第一固定圆环的螺纹孔以实现上安装板与圆环的连接，完成测力仪的组装；5)由圆环式光纤光栅测力装置组成的测力仪的加载试验：标定成功后，安装于数控机床的工作台上的测力装置用于数控机床加工过程中切削力、铣削力的试验；数控机床对测力装置施加的力经过“外力—相对位移—应变—光波长”的转化而最终以txt格式保存，通过对试验数据的处理可以验证测力装置的整体性能。