CN109079662A - 一种基于声发射在线监测的单点金刚石修整砂轮装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于声发射在线监测的单点金刚石修整砂轮装置，包括支撑模块、抗干扰模块、压紧冷却模块和声发射在线监测模块。本发明声发射传感器可以对砂轮修整状态进行在线监测；通过使用减振片和减振夹层能够大大减轻外部噪声的干扰；腔体中的高压冷却液会使弹性垫圈和减振片自身产生向上的弹性变形，进而增大声发射传感器与芯体之间的接触力，从而提高声发射传感器的灵敏度；冷却液流经芯体中开设的冷却液通道后可以对修整区进行冷却，限流通道、卸压腔和卸压网可以对冷却液限流和卸压，减小了冷却液对砂轮修整的干扰。本发明能够显著提高声发射传感器灵敏度，有效防止单点金刚石的热损伤，显著减少声发射信号的损失，大大提高抗干扰能力。

Description

一种基于声发射在线监测的单点金刚石修整砂轮装置

技术领域

本发明涉及一种单点金刚石修整砂轮装置，特别是一种基于声发射在线监测的单点金刚石修整砂轮装置。

背景技术

在精密磨削过程中，为避免砂轮磨损后导致工件的加工质量下降，需要经常使用修整工具对砂轮进行修整。而在实际生产过程中，一般是凭靠工人的经验来确定砂轮的修整质量，因此通常是刻意地增大修整余量以确保修整质量，显然这种方法对工人的经验依赖性极大，同时也降低了修整效率。理论上，通过在线监测修整力来判断砂轮的修整质量是一种有效办法，但是修整力通常很小且外界干扰信号多，导致砂轮修整质量的有效判据少。

众所周知，声发射在线监测是灵敏度极高、响应速度极快的方法，因此声发射信号作为砂轮修整在线监测的信号源被广泛应用。许多研究结果表明：一般情况下，声发射源信号极弱，在传播过程中，声波幅值还会随着传播距离的增加而逐步衰减。对于接触型声发射传感器，因为固体的密度大、声波衰减小而被广泛用来作为声波传播介质，因此传感器的敏感元件可以获得较强的激励并产生较强的电信号。同时，声发射传感器与激励源之间需要保持较大的压力并且尽量减少其他噪声对声发射传感器的有效信号产生干扰。

此外，砂轮修整的好坏与单点金刚石修整笔的刀具状态密切相关。在砂轮修整过程中，单点金刚石修整笔与旋转的砂轮边缘不断接触摩擦，在此过程中，单点金刚石修整笔会产生高温，若不进行冷却，会导致其出现热损伤，进而影响砂轮修整的质量。

发明内容

为解决现有问题，本发明公开了一种基于声发射在线监测的单点金刚石修整砂轮装置，包括支撑模块、抗干扰模块、压紧冷却模块和声发射在线监测模块。所述的支撑模块主要是对装置起支撑作用；所述的抗干扰模块能够大大减轻噪声对声发射传感器有效信号的干扰；所述的压紧冷却模块可以显著增大声发射传感器与芯体之间的接触力，进而提高声发射传感器的灵敏度，同时还能对砂轮修整区域进行充分冷却；所述的声发射在线监测模块将采集到的砂轮修整时产生的声发射信号转变为电信号并通过导线传输到外部前置放大器，实现对砂轮修整状态的在线监测。本发明具有提高声发射传感器的灵敏度、防止单点金刚石的热损伤、减少声发射信号的损失和提高抗干扰能力等优点。

为了实现上述目的，一种基于声发射在线监测的单点金刚石修整砂轮装置，其特征在于装置由支撑模块、抗干扰模块、压紧冷却模块和声发射在线监测模块组成；所述的支撑模块包括壳体、芯体和防水套筒；防水套筒安装在壳体上，且其内壁设有管螺纹与外部冷却液管道相连接；壳体与芯体通过螺钉连接；单点金刚石修整笔镶嵌于芯体中，用于对砂轮进行修整。

所述的抗干扰模块包括减振片和减振夹层；减振片主要是消除冷却液噪声对声发射传感器有效信号的干扰，其中间具有凹槽一用于镶嵌声发射传感器，其外缘附近设有凹槽二用于镶嵌弹性垫圈；减振夹层安装在壳体内，主要用于消除磨床振动噪声及外界环境噪声对声发射传感器有效信号的干扰。

所述的压紧冷却模块包括腔体、冷却液通道和弹性垫圈；弹性垫圈与芯体粘接；从防水套筒流入的冷却液进入腔体后，会对减振片的下表面产生向上的压力，从而使得弹性垫圈和减振片自身产生向上的弹性变形，进而压紧声发射传感器并增大声发射传感器与芯体之间的接触力，提高了声发射传感器的灵敏度；同时冷却液可以流经芯体中开设的冷却液通道对砂轮修整区域进行冷却。

所述的声发射在线监测模块包括声发射传感器、导线和软管；声发射传感器镶嵌在减振片的凹槽一中，其上表面是以凡士林为声耦合剂与芯体接触；声发射传感器将采集到的砂轮修整时产生的声发射信号转变为电信号并通过导线传输到外部前置放大器，导线位于软管中，软管、密封圈一、密封圈二是起防水密封作用。

所述的冷却液通道具有3~6个，且沿芯体中心线呈圆周阵列排布，每个冷却液通道均由限流通道和卸压腔组成；限流通道直径仅为数毫米，卸压腔内壁设有管螺纹与卸压网连接，卸压网可以有多层；卸压网为腹板式结构，腹板上开设有大量小孔，外缘设有管螺纹，中间设有拆装用的内六角盲孔；限流通道是对冷却液的流量进行限制，卸压网上布置的大量小孔可以对流经冷却液通道的高压冷却液产生压力损失，同时卸压腔的截面积比限流通道的增大很多，因此腔体中的高压冷却液流经冷却液通道后压力会大大下降，从而有效地避免了高压冷却液对砂轮修整的干扰，同时还能对修整区进行充分冷却。

所述的减振片的材料为聚氨酯，其底面积为芯体底面积的80%~90%。

所述的弹性垫圈的材料为橡胶。

所述的壳体与芯体是用4~6个螺钉连接；减振夹层的材料为石英棉。

所述的限流通道的直径为1~3毫米。

上述一种基于声发射在线监测的单点金刚石修整砂轮装置，与现有的技术相比，其有益效果在于。

① 显著提高了声发射传感器的灵敏度。弹性垫圈采用弹性模量极低的橡胶材质，同时减振片材质聚氨酯也具有较大弹性，在冷却液压力作用下，弹性垫圈会被压缩，减振片自身也会发生向上的弹性变形，从而极大地增加了声发射传感器与芯体之间的接触力，显著提高了声发射传感器的灵敏度。

② 有效防止了单点金刚石的热损伤。装置在保证声发射在线监测可靠的前提下，设有一套新型的冷却系统，通过限流通道限制冷却液的流量，同时利用卸压网的局部压力损失及卸压腔截面积的突增可以显著降低腔体流过来的高压冷却液的压力，有效地避免了高压冷却液对砂轮修整的干扰，同时还能对修整区进行充分冷却，有效地防止了单点金刚石的热损伤，进而极大地提高了修整工具的使用寿命。

③ 显著减少了声发射信号的损失。该装置的声发射传感器距离修整区声发射源极近，且传播介质均为固体，同时使用凡士林作为声耦合剂，声波在传播过程中衰减极少，信噪比高。

④ 大大提高了抗干扰能力。壳体中设有减振夹层可以消除磨床振动噪声及外界环境噪声对声发射传感器有效信号的干扰，同时减振片紧贴声发射传感器可以消除冷却液噪声对声发射传感器有效信号的干扰，因此大大提高了声发射在线监测的抗干扰能力。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明卸压网示意图。

图3是本发明减振片示意图。

以上图1至图3中的标示为：1—壳体，2—螺钉，3—减振夹层，4—软管，5—密封圈一，6—导线，7—密封圈二，8—声发射传感器，9—减振片，9-1—凹槽一，9-2—凹槽二，10—弹性垫圈，11—防水套筒，12—腔体，13—冷却液通道，13-1—限流通道，13-2—卸压腔，13-3—卸压网，13-3-1—腹板，13-3-2—小孔，13-3-3—内六角盲孔，14—单点金刚石修整笔,15—芯体，16—砂轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。

本发明一种基于声发射在线监测的单点金刚石修整砂轮装置，包括支撑模块、抗干扰模块、压紧冷却模块和声发射在线监测模块。所述的支撑模块包括壳体1、芯体15和防水套筒11；所述的抗干扰模块包括减振片9和减振夹层3；所述的压紧冷却模块包括腔体12、冷却液通道13和弹性垫圈10；所述的声发射在线监测模块包括声发射传感器8、导线6和软管4。

防水套筒11安装在壳体1上，且其内壁设有管螺纹与外部冷却液管道相连接；壳体1与芯体15通过4个螺钉2连接；单点金刚石修整笔14镶嵌于芯体15中，用于对砂轮16进行修整。

减振片9的材料为聚氨酯，其底面积为芯体15底面积的85%，主要是消除冷却液噪声对声发射传感器8有效信号的干扰，其中间具有凹槽一9-1用于镶嵌声发射传感器8，其外缘附近设有凹槽二9-2用于镶嵌弹性垫圈10；减振夹层3安装在壳体1内，其材料为石英棉，主要用于消除磨床振动噪声及外界环境噪声对声发射传感器8有效信号的干扰。

橡胶材质的弹性垫圈10与芯体15粘接；从防水套筒11流入的冷却液进入腔体12后，会对减振片9的下表面产生向上的压力，从而使得弹性垫圈10和减振片9自身产生向上的弹性变形，进而压紧声发射传感器8并增大声发射传感器8与芯体15之间的接触力，提高了声发射传感器8的灵敏度；同时冷却液可以流经芯体15中开设的冷却液通道13对砂轮16修整区域进行冷却；冷却液通道13具有4个，且沿芯体15中心线呈圆周阵列排布，每个冷却液通道13均由限流通道13-1和卸压腔13-2组成；限流通道13-1直径仅为2毫米，卸压腔13-2内壁设有管螺纹与卸压网13-3连接，卸压网13-3有4层；卸压网13-3为腹板式结构，腹板13-3-1上开设有大量小孔13-3-2，外缘设有管螺纹，中间设有拆装用的内六角盲孔13-3-3；限流通道13-1是对冷却液的流量进行限制，卸压网13-3上布置的大量小孔13-3-2可以对流经冷却液通道13的高压冷却液产生压力损失，同时卸压腔13-2的截面积比限流通道13-1的增大很多，因此腔体12中的高压冷却液流经冷却液通道13后压力会大大下降，从而有效地避免了高压冷却液对砂轮16修整的干扰，同时还能对修整区进行充分冷却。

声发射传感器8镶嵌在减振片9的凹槽一9-1中，其上表面是以凡士林为声耦合剂与芯体15接触；声发射传感器8将采集到的砂轮16修整时产生的声发射信号转变为电信号并通过导线6传输到外部前置放大器，导线6位于软管4中，软管4、密封圈一5、密封圈二7是起防水密封作用。

上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡是在本发明的公开范围之内所做的任何等同替换、修改等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于声发射在线监测的单点金刚石修整砂轮装置，其特征在于：装置由支撑模块、抗干扰模块、压紧冷却模块和声发射在线监测模块组成；所述的支撑模块包括壳体（1）、芯体（15）和防水套筒（11）；防水套筒（11）安装在壳体（1）上，且其内壁设有管螺纹与外部冷却液管道相连接；壳体（1）与芯体（15）通过螺钉（2）连接；单点金刚石修整笔（14）镶嵌于芯体（15）中，用于对砂轮（16）进行修整；

所述的抗干扰模块包括减振片（9）和减振夹层（3）；减振片（9）主要是消除冷却液噪声对声发射传感器（8）有效信号的干扰，其中间具有凹槽一（9-1）用于镶嵌声发射传感器（8），其外缘附近设有凹槽二（9-2）用于镶嵌弹性垫圈（10）；减振夹层（3）安装在壳体（1）内，主要用于消除磨床振动噪声及外界环境噪声对声发射传感器（8）有效信号的干扰；

所述的压紧冷却模块包括腔体（12）、冷却液通道（13）和弹性垫圈（10）；弹性垫圈（10）与芯体（15）粘接；从防水套筒（11）流入的冷却液进入腔体（12）后，会对减振片（9）的下表面产生向上的压力，从而使得弹性垫圈（10）和减振片（9）自身产生向上的弹性变形，进而压紧声发射传感器（8）并增大声发射传感器（8）与芯体（15）之间的接触力，提高了声发射传感器（8）的灵敏度；同时冷却液可以流经芯体（15）中开设的冷却液通道（13）对砂轮（16）修整区域进行冷却；

所述的声发射在线监测模块包括声发射传感器（8）、导线（6）和软管（4）；声发射传感器（8）镶嵌在减振片（9）的凹槽一（9-1）中，其上表面是以凡士林为声耦合剂与芯体（15）接触；声发射传感器（8）将采集到的砂轮修整时产生的声发射信号转变为电信号并通过导线（6）传输到外部前置放大器，导线（6）位于软管（4）中，软管（4）、密封圈一（5）、密封圈二（7）是起防水密封作用。

2.根据权利要求1所述的一种基于声发射在线监测的单点金刚石修整砂轮装置，其特征在于：冷却液通道（13）具有3~6个，且沿芯体（15）中心线呈圆周阵列排布，每个冷却液通道（13）均由限流通道（13-1）和卸压腔（13-2）组成；限流通道（13-1）直径仅为数毫米，卸压腔（13-2）内壁设有管螺纹与卸压网（13-3）连接，卸压网（13-3）可以有多层；卸压网（13-3）为腹板式结构，腹板（13-3-1）上开设有大量小孔（13-3-2），外缘设有管螺纹，中间设有拆装用的内六角盲孔（13-3-3）；限流通道（13-1）是对冷却液的流量进行限制，卸压网（13-3）上布置的大量小孔（13-3-2）可以对流经冷却液通道（13）的高压冷却液产生压力损失，同时卸压腔（13-2）的截面积比限流通道（13-1）的增大很多，因此腔体（12）中的高压冷却液流经冷却液通道（13）后压力会大大下降，从而有效地降低了高压冷却液对砂轮（16）修整的干扰，同时还能对修整区进行充分冷却。

3.根据权利要求1所述的一种基于声发射在线监测的单点金刚石修整砂轮装置，其特征在于：减振片（9）的材料为聚氨酯，其底面积为芯体（15）底面积的80%~90%。

4.根据权利要求1所述的一种基于声发射在线监测的单点金刚石修整砂轮装置，其特征在于：弹性垫圈（10）的材料为橡胶。

5.根据权利要求1所述的一种基于声发射在线监测的单点金刚石修整砂轮装置，其特征在于：壳体（1）与芯体（15）是用4~6个螺钉（2）连接；减振夹层（3）的材料为石英棉。

6.根据权利要求2所述的一种基于声发射在线监测的单点金刚石修整砂轮装置，其特征在于：限流通道（13-1）的直径为1~3毫米。