CN103017931B - 搅拌摩擦焊用智能化控制测力测温仪 - Google Patents

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一种搅拌摩擦焊用智能化控制测力测温仪，其特征是它包括工作台（1）、支柱结构（2）和底座（3），支柱结构（2）安装在底座和工作台（1）之间，所述的工作台（1）中安装有导热管，导热管中安装有能根据温度变化面变色的热感材料，在与导热管相对位置处安装有摄像头；所述的支柱结构（2）由活塞杆和气缸组成，活塞杆的伸出气缸的一端与工作台（1）相连，气缸固定在底座（3）上，气缸与补压及卸压装置相连，补压及卸压装置根据安装在气缸中的压力传感器所得的压力先计算出各活塞杆对应位置处的作用力并送入计算机中，计算机控制补压及卸压装置动作以使工作台（1）保持水平状态。本发明不仅能获得摩擦焊接过程中各时段的温度，还能判断搅拌头在各方向力的大小，能提高焊接质量。

Description

搅拌摩擦焊用智能化控制测力测温仪
技术领域
本发明涉及一种摩擦焊接技术，尤其是一种能同时测量搅拌摩擦焊接过程中实时温度和搅拌头作用力，并可最终绘制各时间段的温度场和各时间段的搅拌头作用力曲线图的综合性测试仪，具体地说是一种集测温、测力于一体的搅拌摩擦焊用智能化控制测力测温仪。
背景技术
实际搅拌摩擦焊接过程中经常需要测量焊接过程中工件温度场以及搅拌头作用力，并以此来判断工件内部残余应力分布和工件变形，如何获得较为准确的温度场和搅拌头作用力是目前搅拌摩擦焊接研究追求的一个主要目标之一。传统的通过热电偶测量温度的方法，首先破坏了工件，在实际应用中是不可取的，而且测得的点的位置也是很有限，无法获得整个工件的温度场分布情况；另外搅拌头作用力目前大多数采用应变片测量，其准确度与测力仪本身制造精度有很大的关系，而且因受力不均匀很容易导致焊接的焊缝不在一条直线上。因此从工程实际出发，设计一种搅拌摩擦焊智能化控制测力测温综合测试仪是当务之急，它不仅可以获得各时段的温度，而且还可以绘制每个时段的温度场；而测力方面主要通过采集气体压强，判断搅拌头在各方向力的大小，同时因压强不相等，造成工作台不水平，可通过增压或卸压方式，保持工作台始终能在同一水平面上，因此其既可以测力也可以保证焊缝在一条直线上，大大提高了焊接质量。
发明内容
本发明的目的是针对现有的搅拌摩擦焊测温和温力进会对工件造成损伤的问题，设计一种既能测量温度分布，又能测量搅拌力大小，提高焊接质量的搅拌摩擦焊用智能化控制测力测温仪。
本发明的技术方案是：
一种搅拌摩擦焊用智能化控制测力测温仪，其特征是它包括工作台1、支柱结构2和底座3，支柱结构2安装在底座和工作台1之间，所述的工作台1中安装有导热管，导热管中安装有能根据温度变化面变色的热感材料，在与导热管相对位置处安装有摄像头，摄像头将摄取的热感材料因温度变化而产生的颜色送入计算机4中进行比对而得出对应摄像头所摄出的导热管的温度；所述的支柱结构2由活塞杆和气缸组成，活塞杆的伸出气缸的一端与工作台1相连，气缸固定在底座3上，气缸与补压及卸压装置相连，补压及卸压装置根据安装在气缸中的压力传感器所得的压力先计算出各活塞杆对应位置处的作用力并送入计算机中，计算机根据各活塞杆处的压力发出增压或减压指令，控制补压及卸压装置动作以使工作台1保持水平状态。
所述的导热管分两层布置在工作台1中，且两层导热管呈空间正交状态。
所述的气缸垂直安装，各气缸之间通过水平连接管连成一个整体以增加整体刚度。
本发明的有益效果：
本发明不仅能获得搅拌摩擦焊接过程中各时段的温度，且还能绘制各时段的温度场；在测力方面通过采集气体压强，判断搅拌头在各方向力的大小。同时因压强不相等，造成工作台不水平，可通过所测气压值反馈到补压卸压装置上进行增压或卸压，以此保证工作台始终能在同一水平面上，这能使搅拌摩擦焊接过程中焊缝始终在一条直线上，大大提高了焊接质量。通过研制的测试仪可以获得摩擦焊接过程中各时段的温度，且还能绘制各时段的温度场；在测力方面通过采集气体压强，判断搅拌头在各方向力的大小。同时因压强不相等，造成工作台不水平，可通过所测气压值反馈到补压卸压装置上进行增压或卸压，以此保证工作台始终能在同一水平面上，这能使搅拌摩擦焊接过程中焊缝始终在一条直线上，大大提高了焊接质量。特别针对新型材料的搅拌摩擦焊接，能很好的在最快时间掌握其对温度及搅拌头作用力的影响，为研究这种材料的搅拌摩擦焊接提供了有力的技术支持。
附图说明
图1是本发明的测量装置的装配示意图。
图2是本发明的立体分解结构示意图。
图3是利用本发明的测量装置测得的温度场分布示意图。
图4是利用本发明的测量装置测得的搅拌头受力分布示意图。
具体实施方式
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。
一种搅拌摩擦焊用智能化控制测力测温仪它包括工作台1、支柱结构2和底座3，支柱结构2安装在底座和工作台1之间，底座3通过螺栓固定在搅拌摩擦焊设备工作台上。所述的工作台1中安装有导热管，导热管中安装有能根据温度变化面变色的热感材料，在与导热管相对位置处安装有摄像头，摄像头将摄取的热感材料因温度变化而产生的颜色送入计算机4中进行比对而得出对应摄像头所摄出的导热管的温度；所述的支柱结构2由活塞杆和气缸组成，活塞杆的伸出气缸的一端与工作台1相连，气缸固定在底座3上，气缸与补压及卸压装置相连，补压及卸压装置根据安装在气缸中的压力传感器所得的压力先计算出各活塞杆对应位置处的作用力并送入计算机中，计算机根据各活塞杆处的压力发出增压或减压指令，控制补压及卸压装置动作以使工作台1保持水平状态。
 如图1所示，工作台1上分别开有导热管1-1、导热管1-2、导热管1-3、导热管1-4、导热管1-5和导热管1-6；另外在工作台的四周水平工作台放置四个高速摄像头，分别为高速摄像头1-7、高速摄像头1-8、高速摄像头1-9和高速摄像头1-10；四个高速摄像头通过导线连接到电脑4上。导热管1-1、导热管1-2、导热管1-3位于工作台1的上层，导热管1-4、导热管1-5和导热管1-6位于工作台1的下层，再两层导热管呈空间正交，各导热管的内部工作时均分别插有热感材料，搅拌摩擦焊接过程中因温度的升高，热感材料颜色发生变化，通过高速摄像头1-7、高速摄像头1-8、高速摄像头1-9和高速摄像头1-10拍摄热感材料随温度变化的颜色变化，并将拍摄结果传输到电脑4中，通过与电脑4中热感材料随温度变化相应颜色变化照片对比，获得相应的温度，最终电脑4绘制每个时刻的焊接板材的温度场分布图。具体实施时工作台1上的导热管数量可根据实际需要增加。
如图2所示，支柱结构2分别由气缸的钢管2-1、气缸的钢管2-3、气缸的钢管2-5、气缸的钢管2-8、气缸的钢管2-10、气缸的钢管2-12、气缸的钢管2-16、气缸的钢管2-18，各气缸的钢管通过钢管2-2、钢管2-4、钢管2-6、钢管2-7、钢管2-9、钢管2-11、钢管2-13、钢管2-14、钢管2-15、钢管2-17、、钢管2-19、气缸的钢管2-20连接，它们分别接到测试设备2-21、补压卸压装置2-22上，它位均被固定在底座3上，每根气缸的钢管中均安装有作为活塞的活塞杆，活塞杆的一端插装在气缸中，活塞杆另一端伸出气缸与工作台1相连，各气缸的钢管和相连钢管中均安装有测量压力的压力传感器，均可增加或减少工作气体，增加或减少工作气体由补压卸压装置2-22实现，压力传感器实时检测各不锈钢管道内的气压，检测到的气压数值被电脑4采集，然后与电脑中数据卡对比，分析各支柱结构承受的压力，通过作用力与反作用力原理，综合给出搅拌头所受作用力，同时根据检测结果判断工作台受力平衡性，对不平衡性结果反馈到补压卸压装置2-22上，再由补压和卸压装置2-22补压或卸压，使工作台处于水平状态。    
支柱结构2中气缸的钢管2-1、气缸的钢管2-3、气缸的钢管2-5、气缸的钢管2-8、气缸的钢管2-10、气缸的钢管2-12、气缸的钢管2-20、气缸的钢管2-16、气缸的钢管2-18是垂直放置，其余钢管分别与它们相连，管道内可充有气体，各不锈钢管都通过软管接到检测设备2-21上，实时检测各不锈钢管道内的气压，检测到的气压数值被电脑4采集，然后与电脑中数据卡对比，分析各支柱承受的压力，通过力作用力与反作用力原理，综合给出搅拌头所受作用力，同时根据检测结果判断工作台受力平衡性，对不平衡性结果反馈到补压卸压装置2-22上，再由补压和卸压装置2-22补压或卸压，使工作台处于水平状态。
实验例1。
利用本发明的综合测试仪测量10mm厚7022铝合金搅拌摩擦焊接过程中温度的变化及搅拌力的大小。搅拌针的直径为10mm，搅拌针的转速为600rpm，焊接速度为30mm/min。温度测试结果如图3所示，搅拌头受力分布如图4所示。
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。

Claims (2)

1.一种搅拌摩擦焊用智能化控制测力测温仪，其特征是它包括工作台（1）、支柱结构（2）和底座（3），支柱结构（2）安装在底座和工作台（1）之间，所述的工作台（1）中安装有导热管，导热管中安装有能根据温度变化而变色的热感材料，在与导热管相对位置处安装有摄像头，摄像头将摄取的热感材料因温度变化而产生的颜色送入计算机（4）中进行比对而得出对应摄像头所摄出的导热管的温度；所述的支柱结构（2）由活塞杆和气缸组成，活塞杆的伸出气缸的一端与工作台（1）相连，气缸固定在底座（3）上，气缸与补压及卸压装置相连，补压及卸压装置根据安装在气缸中的压力传感器所得的压力先计算出各活塞杆对应位置处的作用力并送入计算机中，计算机根据各活塞杆处的压力发出增压或减压指令，控制补压及卸压装置动作以使工作台（1）保持水平状态；所述的气缸垂直安装，各气缸之间通过水平连接管连成一个整体以增加整体刚度。
2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦焊用智能化控制测力测温仪，其特征是所述的导热管分两层布置在工作台（1）中，且两层导热管呈空间正交状态。
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