CN114786285A - 一种感应加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种感应加热装置，属于曲面板材加工技术领域。本发明设置双圈陀螺调节感应线圈在x轴、y轴方向的转动自由度，设置垂向升降单元，调节感应线圈在z轴方向上的移动自由度，结构简单，成本低廉；在本发明中垂向升降单元的作用之一是控制感应线圈在z轴的移动自由度，作用之二和弹簧的作用相似，依靠垂向升降单元的压紧力确保内圈底部的万向轮始终与板材紧密接触，在移动感应加热过程中，依靠万向轮与板材间的接触力调整线圈姿态，保证了加热过程中感应线圈与板材的间距稳定，接触力的作用效果是瞬态的，理论上可以一瞬间完成线圈姿态的调整，因此能够适应大曲率板的快速移动加热过程；本发明不需要监测板材形状，进一步降低了成本。

Description

一种感应加热装置

技术领域

本发明属于曲面板材加工技术领域，更具体地，涉及一种感应加热装置。

背景技术

加热成型是加工复杂曲面板材的常用方法。加热成型方法中常见的热源类型包括氧乙炔火焰、激光和电磁感应加热。由于电磁感应加热具有效率高、能源清洁和易于控制等特点，逐渐成为加热成型方法的优先选项。

复杂曲面板材是由多种曲率的曲面组合而成的。典型的复杂曲面包括帆型面、鞍型面和扭型面，其他复杂的曲面形状可以视为这三种典型形状的组合。由于板材形状的复杂性，在加热过程中很难保证线圈和板材的间距稳定，进而导致温度分布不均、加热精度低等问题。

通过文献和专利检索，一般采用监测和主动调节的方式适应复杂曲面形状：首先用传感器监测板材的实际形状，然后基于自动化控制技术主动调整线圈与板材的间距以满足加工需求。中国专利201410641202.4和中国专利201810831201.4都是采用的这种技术路线。然而，适应磁热条件的传感器一般价格较高。并且需要复杂的自动化控制系统如机械手臂才能满足间距控制的需求，这也增加了装备成本。此外，对于大曲率板材的快速移动加热过程，可能会因为监测和主动调节的响应不及时而降低加热精度，甚至无法使用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种感应加热装置，其目的在于在降低成本的基础上，保证加热过程中感应线圈与板材的间距稳定。

为实现上述目的，本发明提供了一种感应加热装置，包括：双圈陀螺和垂向升降单元；

双圈陀螺包括内圈和外圈；所述内圈与外圈能够相对转动，共同调节感应线圈在x轴、y轴方向的转动自由度；

垂向升降单元，用于调节感应线圈在z轴方向上的移动自由度并提供压紧力。

进一步地，内圈初始姿态为水平状态。

进一步地，垂向升降单元为气缸或液压缸。

进一步地，所述装置还包括门型安装板；垂向升降单元通过所述门型安装板与双圈陀螺连接；

内圈与所述门型安装板通过对称布置的拉钩弹簧连接；

外圈与所述门型安装板通过轴销连接能够相对转动；内圈与外圈的转动自由度和外圈与门型安装板的转动自由度正交。

进一步地，内圈上部安装有感应线圈电缆夹具；感应线圈电缆夹具与门型安装板通过对称布置的拉钩弹簧连接；感应线圈电缆固定于感应线圈电缆夹具上；感应线圈电缆与感应线圈通过压块连接；

内圈下部安装有万向轮，万向轮用于和板材接触并且确保感应加热装置和板材之间能够相对运动。

进一步地，门型安装板上还安装有传感器安装夹具。

进一步地，内圈内部设置有冷却水回路。

进一步地，水平移动面板和双滑槽安装板；垂向升降单元通过所述水平移动面板安装在所述双滑槽安装板上；所述水平移动面板能够相对于双滑槽安装板沿着y轴移动，进而调整感应加热装置沿着y轴的自由度。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果。

为了在加热过程中保证感应线圈和板材的间距稳定，使加热温度分布均匀，提高加热精度，现有技术一般采用监测和主动调节的方式适应复杂曲面形状，一方面造成装置结构复杂成本较高，另一方面由于形状监测和主动调节都需要响应时间，这种技术方案不适合大曲率板的移动感应加热过程；本发明设置双圈陀螺及垂向升降单元使得感应线圈具有非常灵活的自由度，具体地，通过双圈陀螺调节感应线圈在x轴、y轴方向的转动自由度，通过气缸等垂向升降单元，调节感应线圈在z轴方向上的移动自由度，结构简单，成本低廉；

本发明采用机械接触式的方案，在本发明中垂向升降单元的作用之一是控制感应线圈在z轴的移动自由度，作用之二和弹簧的作用相似，依靠垂向升降单元的压紧力确保内圈底部的万向轮始终与板材紧密接触，在移动感应加热过程中，依靠万向轮与板材之间的接触力调整线圈姿态，保证了加热过程中感应线圈与板材的间距稳定，接触力的作用效果是瞬态的，理论上可以一瞬间完成线圈姿态的调整，因此本发明能够适应大曲率板的快速移动加热过程；本发明不需要监测板材形状，因而进一步降低了成本。

本发明中的垂向升降单元选用气缸或液压缸，可以通过调节气压或液压改变其刚度以适应不同的加工场景需求。

本发明中的门型安装板除了用于连接垂向升降单元和双圈陀螺外，还可以在其上设置传感器的安装夹具，具有很好的功能扩展性。

附图说明

图1为本发明实施例的一种感应加热装置的结构正视示意图；

图2为本发明实施例的一种感应加热装置的结构侧视示意图；

图3为本发明实施例的一种感应加热装置的结构仰视示意图；

1为双滑槽安装板，2为标尺，(3，5)为拉钩弹簧，4为门型安装板，6为外圈，7为感应线圈电缆，8为缓冲垫片，9为导柱筒，10为导柱，11为进水(出水)口，12为内圈，13为气缸、14为水平移动面板，15为传感器安装夹具，16为感应线圈电缆夹具，17为压块，18为感应线圈，19为万向轮。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1-3为本发明实施例的一种感应加热装置的结构示意图。如图1-3所示，该感应加热装置包括：垂向升降单元、水平移动面板14、双滑槽安装板1、双圈陀螺、门型安装板4、进(出)水口11、感应线圈电缆夹具16、万向轮19、感应线圈18、压块17、标尺2、拉钩弹簧(3，5)、感应线圈电缆7、传感器安装夹具15。

如图1-图2所示，垂向升降单元包括气缸13、导柱10、导柱筒9和缓冲垫片8。气缸13的行程根据具体的加工场景确定。导柱10和导柱筒9作用是确保垂向升降单元仅沿着z轴方向移动，避免因受力不均衡导致移动方向偏转。缓冲垫片8的作用是避免导柱10和导柱筒9碰撞损坏。

垂向升降单元通过水平移动面板14安装在双滑槽安装板1上。水平移动面板14可以相对于双滑槽安装板1沿着y轴移动，进而调整感应加热装置沿着y轴的自由度。

如图1所示，所述双圈陀螺通过门型安装板4与垂向升降单元连接。双圈陀螺包括内圈12和外圈6。外圈6通过轴销和门型安装板连接可以绕y轴相对转动。内圈12和外圈6通过轴销连接可以绕x轴相对转动。两个正交方向转动自由度的叠加使得内圈12可以实现绕任意方向的转动。内圈12内部有冷却水回路，并有进水(出水)口11，以避免高温环境损坏内圈12。所述内圈12底部安装有若干万向轮19，具体数量可以根据使用场景确定。依靠万向轮19感应加热装置可以在板材表面沿着任意方向行走和加热，提升灵活性。内圈12的上部安装有感应线圈电缆夹具16，用来固定感应线圈电缆7。感应线圈电缆7用于为感应线圈18供电。

如图2和图3所示，感应线圈18通过压块17与感应线圈电缆7连接。由于感应线圈电缆7和内圈12也是有连接关系的，因此感应线圈18和内圈12的自由度绑定，即感应线圈18具有任意方向的转动自由度。

如图1所示，内圈12与门型安装板4通过拉钩弹簧5连接，拉钩弹簧5是对称布置的，通过这种简单的设计确保内圈12在万向轮19不接触板材条件下绕x轴的转动角度为零。类似的，如图1-图2所示，感应线圈电缆夹具16与门型安装板4通过拉钩弹簧3连接，确保内圈12在万向轮19不接触板材条件下绕y轴的转动角度为零。通过这种设计避免在感应加热装置向板材靠近过程中，因双圈陀螺与板材的偏转角过大带来的安全隐患。

如图1所示，感应线圈电缆夹具16上安装标尺2，用来标定感应线圈18到板材的距离。

如图2所示，门型安装板上还安装了传感器安装夹具15，增强了感应加热装置的功能扩展性。例如，可以将温度传感器安装在传感器安装夹具15上，向外输出板材表面的温度。

以板材不动，感应加热装置安装在三轴移动平台上的加工过程为例，说明感应加热装置的使用过程：首先使用三轴移动平台将感应加热装置移动到加热路径的起点并靠近板材，保证感应加热装置万向轮19底面距离板材的距离不超过气缸13行程，以免超出气缸行程导致感应加热装置失效；垂向升降单元启动将感应加热装置压向板材方向，使得至少3个万向轮19接触板材并压紧；设定气缸13为恒压状态；三轴移动平台带动感应加热装置沿着加热路径移动，实现大范围感应加热。

加工过程中，在垂向升降单元的作用下，内圈12底部的部分或全部万向轮19始终与板材表面接触。气缸13的压力和万向轮19与板材间的接触力构成平衡力系。气缸13此时的作用就如同弹簧，始终将内圈12底部的万向轮19压向板材。在感应加热装置移动时，一旦板材的表面形状发生变化，与板材接触的万向轮19能够在接触力和气缸13压力的作用下瞬间做出响应进而调整内圈12和感应线圈18的姿态。由于力的作用效果是瞬态的，因此本发明提供的感应加热装置可以快速响应板材表面形状的变化，能够适合于大曲率板的快速移动加热过程。由于采用了这种机械接触式的感应加热装置，所以不需要再用额外的装置监测板材的形状。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种感应加热装置，其特征在于，包括：双圈陀螺和垂向升降单元；

双圈陀螺包括内圈和外圈；所述内圈与外圈能够相对转动，共同调节感应线圈在x轴、y轴方向的转动自由度；

垂向升降单元，用于调节感应线圈在z轴方向上的移动自由度并提供压紧力。

2.根据权利要求1所述的一种感应加热装置，其特征在于，内圈初始姿态为水平状态。

3.根据权利要求2所述的一种感应加热装置，其特征在于，垂向升降单元为气缸或液压缸。

4.根据权利要求2所述的一种感应加热装置，其特征在于，所述装置还包括门型安装板；垂向升降单元通过所述门型安装板与双圈陀螺连接；

内圈与所述门型安装板通过对称布置的拉钩弹簧连接；

外圈与所述门型安装板通过轴销连接能够相对转动；内圈与外圈的转动自由度和外圈与门型安装板的转动自由度正交。

5.根据权利要求4所述的一种感应加热装置，其特征在于，内圈上部安装有感应线圈电缆夹具；感应线圈电缆夹具与门型安装板通过对称布置的拉钩弹簧连接；感应线圈电缆固定于感应线圈电缆夹具上；感应线圈电缆与感应线圈通过压块连接；

内圈下部安装有万向轮，万向轮用于和板材接触并且确保感应加热装置和板材之间能够相对运动。

6.根据权利要求4所述的一种感应加热装置，其特征在于，门型安装板上还安装有传感器安装夹具。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种感应加热装置，其特征在于，内圈内部设置有冷却水回路。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种感应加热装置，其特征在于，水平移动面板和双滑槽安装板；垂向升降单元通过所述水平移动面板安装在所述双滑槽安装板上；所述水平移动面板能够相对于双滑槽安装板沿着y轴移动，进而调整感应加热装置沿着y轴的自由度。

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