CN118181143A - 一种复合材料磨削过程中的力温原位监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合材料磨削过程中的力温原位监测装置及方法，装置包括测力单元、测温单元及控制单元。其中，测力单元固定设于磁吸基座上部左侧；测温单元固定设于磁吸基座上部右侧，包括用于实时测量工件磨削面及周边区域温度变化的红外相机；控制单元通过线缆与测力单元及测温单元固定连接；在磨削过程中，测力单元在工件下方保持固定不动，测温单元在控制单元调控下使红外相机镜头对准工件且确保画面清晰；通过控制单元控制测温单元，并通过测力单元和测温单元实时测量磨削工件在加工过程中的力温数据，提高测量的效率和准确性，实现对磨削过程的质量控制，为研究磨削过程中复合材料的去除及其去除机理提供数据化支持。

Description

一种复合材料磨削过程中的力温原位监测装置及方法

技术领域

本发明属于磨削加工在线监测技术领域，更具体地，涉及一种复合材料磨削过程中的力温原位监测装置及方法。

背景技术

磨削加工在各种工业领域中得到广泛应用，例如汽车制造、航空航天、模具制造、精密机械等。它能够实现亚微米甚至纳米级的表面精度，适用于对尺寸和表面光洁度要求较高的工件。同时，其适用于各种金属材料，包括钢、铸铁、铝合金、不锈钢等，并且，其也可以用于加工一些非金属材料，如陶瓷、玻璃和石墨等。然而，磨削加工过程中，砂轮对工件表面进行剧烈摩擦，而磨具本身的散热性较差，这会导致磨削温度较高，对具有温度敏感性的材料加工影响较大，并且对于高精度要求的工件，热变形可能会导致加工精度的下降。因此，在研究磨削过程中复合材料的去除及其去除机理时，往往需要监测磨削过程中的力温变化。

现有技术中，文献号为CN104568633B的中国专利公开了一种可控速控温的单颗磨粒磨削实验装置，装置包括：电主轴；刀柄，所述刀柄设在所述电主轴上；工件，所述工件设在所述刀柄上；用于带动所述工件移动的移动平台，所述电主轴设在所述移动平台上；用于将工件加热到预定温度的加热组件；工作台；底桩，所述底桩设在所述工作台上；测力器，所述测力器设在所述底桩上；安装有单颗磨粒的刀具，所述刀具设在所述测力器上；和用于对刀的相机组件，所述相机组件与所述刀具相对。通过文献号为CN104568633B的中国专利的可控速控温的单颗磨粒磨削实验装置能够有效地模拟砂轮上单颗磨粒与工件表面相互作用的磨削过程，通过实验参数的设置为高速高温磨削的机理研究提供了实验支持。

文献号为CN104568633B的中国专利的力温监测方法是对常规的三脚架架持红外相机及加工平台安装测力计的方式的一种改进，通过红外相机进行温度测量、测力仪进行磨削力测量。然而，该专利任无法解决传统测量方式中存在的一些问题，如红外测量装置安装过程较为繁复，红外相机的稳定性较低，且调焦过程操作繁琐，精准度较差；此外，磨削过程中砂轮相对红外相机移动，无法准确记录工件加工区域的温度特征及其演化规律。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种复合材料磨削过程中的力温原位监测装置及方法，通过控制单元控制测温单元，并通过测力单元和测温单元实时测量磨削工件在加工过程中的力温数据，提高测量的效率和准确性，实现对磨削过程的质量控制，为研究磨削过程中复合材料的去除及其去除机理提供数据化支持。

为了实现上述目的，本发明提供一种复合材料磨削过程中的力温原位监测装置，包括：测力单元、测温单元及控制单元，其中：

所述测力单元包括固定设于磁吸基座上部左侧用于测量磨削时工件受力情况的测力计及固定设于所述测力计中部上方用于夹持所述工件的第一夹具；

所述测温单元包括通过磁吸支座固定设于磁吸基座上部右侧的支撑定位平台，固定设于所述支撑定位平台上方的夹持装置，以及固定设于所述夹持装置上端一侧的红外相机。

所述控制单元包括用于实时获取所述工件力温数据及对所述红外相机位置、俯仰度和镜头焦距进行智能化调节的移动控制器；通过控制单元控制测温单元，并通过测力单元和测温单元实时测量磨削工件在加工过程中的力温数据，为研究磨削过程中复合材料的去除及其去除机理提供数据化支持。

进一步地，所述夹持装置包括用于调节所述红外相机整体高度的第一自由度移动模块、用于调节所述红外相机整体前后直线位置的第二自由度移动模块、用于调节所述红外相机整体左右直线位置的第三自由度移动模块以及用于控制所述红外相机俯仰角的云台。

进一步地，所述第一自由度移动模块、所述第二自由度移动模块及所述第三自由度移动模块均包括：盖板、轴承支撑座、丝杆、背板、滑板、第一电机、连接件以及传动部件；其中，所述盖板固定设于所述第一自由度移动模块最上端；所述轴承支撑座顶部通过螺栓与所述盖板下端左侧固定连接，其下侧中部固定设有与所述丝杆相匹配的滚动轴承且固定设有相适配的轴承盖板；所述丝杆通过滚动轴承固定设于两个所述轴承支撑座之间；所述背板上端通过螺栓与所述盖板下端右侧固定连接，且其朝向所述丝杆一侧固定设有交叉滚子轴承；所述滑板通过固定设于其中部通孔内的丝杆螺母套设于所述丝杆外侧，其朝向所述背板一侧为凹面且与所述背板宽度相适配，此外，该凹面固定设有与所述背板交叉滚子轴承相适配的交叉滚子轴承；所述连接件上端左侧通过螺栓分别与所述丝杆下端的所述轴承支撑座和所述背板下端固定连接；所述第一电机下端通过螺栓固定设于所述连接件上端右侧；所述传动部件固定设于所述连接件内部。

进一步地，所述第二自由度移动模块滑板通过螺栓与所述第一自由度移动模块连接件固定连接；所述第三自由度移动模块滑板通过螺栓与所述第二自由度移动模块背板固定连接。

进一步地，所述传动部件包括第一皮带轮a、皮带b以及第二皮带轮c；其中，所述第一皮带轮a固定套设于穿过所述连接件的所述第一电机转轴上，所述第二皮带轮c固定套设于穿过所述轴承支撑座及所述连接件的所述丝杆下端，且所述第一皮带轮a与所述第二皮带轮c通过所述皮带b转动连接。

进一步地，所述云台包括夹持平台、伸载臂、固定轴、弧形滑块、弧形齿条、弧形滑轨、动力部件及外壳支座；其中，所述外壳支座主体呈长方体盒状结构，该盒状结构前侧固定设有凹型安装板且所述外壳支座通过该凹型安装板两侧设有通孔的侧板固定设于所述第一自由度移动模块的所述滑板后侧凹面，同时，该盒状结构左侧两端固定设有扇形侧板且该扇形侧板圆心处固定设有与所述固定轴适配的支撑座；所述动力部件包括固定设于所述外壳支座后侧电机安装座的第二电机a、固定设于所述外壳支座内部的输出轴c以及固定套设于所述输出轴c中部的齿轮b；所述弧形齿条内壁光滑，外侧固定设有与所述齿轮b适配的齿条，其上端两侧向内凹陷并固定设有多个通孔；所述夹持平台主要为一块矩形板及固定设于其两侧的侧板拼合而成，其两侧侧板固定设有用于与所述红外相机固定连接的通孔且该矩形板中部固定设有多个通孔；所述伸载臂主要为矩形方块、圆环及T型方块依次固定连接构成，该矩形方块固定设于所述夹持平台下方；所述固定轴两端分别固定设于所述外壳支座的扇形侧板支撑座，且中间段套设于所述伸载臂的圆环内；所述弧形滑块通过左侧的侧板及螺栓固定设于所述伸载臂的T型方块一侧且通过右侧的侧板及螺栓固定设于所述弧形齿条上端同一侧，同时，其一侧还固定设有与所述弧形滑轨内外滑槽对应的弧形侧板。所述弧形滑轨通过螺栓固定设于所述外壳支座的扇形侧板内侧，其内壁及外壁固定设有滑槽且该滑槽首尾处均固定设有用于防止所述弧形滑块脱落的挡板。

进一步地，所述支撑定位平台包括：工作平台、定位板、固定板及第二螺栓；其中，所述工作平台左侧为矩形平板且平板固定设有定位安装孔，其右侧还固定设有矩形侧板，该侧板上部右侧还设有凹型平板，该凹型平板两端突出部位固定设有多个条状和圆形通孔；所述定位板右侧固定设有与所述第二螺栓相适配的安装孔，其上部固定设有用于定位板的定位的安装孔，且该安装孔位置与所述工作平台的条状通孔位置相对应；所述固定板上端固定设有多个安装孔且该安装孔与所述工作平台的圆形通孔相匹配，且其中部固定设有与所述第二螺栓相适配的通孔，该通孔位置与所述定位板安装孔位置相对应；所述第二螺栓通过所述定位板的通孔和所述固定板的安装孔与所述固定板固定连接。

进一步地，所述测力计包括：数据端头、固定区及测力区；其中，所述固定区固定设于所述测力计左右两侧；所述测力区固定设于两个所述固定区中部并设有受力传感器；所述数据端头固定设于所述固定区左侧中部并与所述测力区传感器固定连接。

进一步地，所述第一夹具包括：底板、侧板、支撑轨、活动块、固定块以及第一螺栓；其中，所述底板通过固定设有的通孔和螺栓固定设于所述测力区上方；所述侧板整体为L型方块，其短边与所述底板接触且通过长边固定设有的通孔和螺栓固定设于所述底板上方；所述支撑轨两侧固定设有与所述侧板长边相适配的凹槽并通过所述侧板固定设于所述底板上方中部；所述支撑轨左右两侧为条形方块，后侧上端固定设有矩形方块，前侧上端固定设有相同的矩形方块且其中部设有与所述第一螺栓适配的通孔，且该前侧方块与两次条形方块形成整体下方为凸型的滑槽；所述活动块为凸字形方块，其凸起端与所述支撑轨凸型滑槽上端相适配；所述固定块通过螺栓固定设于所所述活动块凸起端下部，其宽度与所述支撑轨滑槽下端宽度相同；所述第一螺栓穿过所述支撑轨前侧矩形方块固定设有的通孔并通过所述活动块表面设有的安装孔与所述活动块固定连接。

进一步地，所述红外相机在竖直面以逆时针方向进行俯仰角调节的角度为-80°至10°。

本发明的另一方面提供一种应用所述的复合材料磨削过程中的力温原位监测装置的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：确保磨削机和测力单元、测温单元处于正常工作状态；检查设备的电源、传感器、连接线等是否正常；

S2：将所述测力计固定设于所述磁吸基座左侧上方，并将所述第一夹具固定设于所述测力计上方，之后，使用所述第一夹具夹紧所述工件；

S3：将所述支撑定位平台固定设于所述磁吸基座右侧上方，根据所述工件磨削要求将所述夹持装置固定设于所述支撑定位平台合适位置，通过所述移动控制器对所述红外相机位置和俯仰角进行微调；

S4：开启磨削机电源，进行所述工件的磨削加工，通过所述显示端监控所述红外相机传输的图像，并依据所述工件磨削面变化调整红外相机位置和俯仰角使获得良好视野，同时观察红外相机与磨床是否干涉；

S5：所述工件磨削作业完成后，关闭磨削机电源并清理台面，将所述移动控制器中所述工件的力温数据导出做后续统计分析。

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：

1.本发明的监测装置，通过控制单元控制测温单元，并通过测力单元和测温单元实时测量磨削工件在加工过程中的力温数据，提高测量的效率和准确性，实现对磨削过程的质量控制，并且通过对磨削过程中的力和温度数据进行统计和趋势分析，可以揭示潜在的关联性和规律性，为研究磨削过程中复合材料的去除及其去除机理提供数据化支持

2.本发明的监测装置，通过支撑定位平台对红外相机位置进行初步定位后，采用多个自由度移动模块对红外相机的位置进行微调，保证了红外相机调焦过程的精准性和稳定性。

3.本发明的监测装置，通过第一夹具搭配固定式测力计，从而得到精确的测量结果，实时监测磨削过程中的力变化，并为质量控制、工艺优化和故障诊断提供支持，有助于提高磨削过程的稳定性、效率和质量，同时为数据分析和挖掘提供了基础。

4.本发明的监测装置，通过电机控制红外相机位置及俯仰角度，降低了调焦操作的繁复性，提高了安装效率，实现了全过程的智能化。

5.本发明的监测装置，通过主要由齿轮、齿条、滑块、滑轨及固定轴之类的零部件组成的云台控制红外相机俯仰装置的俯仰角度，不仅减轻红外相机俯仰装置的重量，还具有承载能力强、控制精度高的优点，确保红外相机调焦过程的准确性和稳定性。

6.本发明的监测装置，通过移动控制器实时控制测量工件的磨削过程，对红外相机画面实时观测并微调，有效提升红外相机调焦过程的效率，确保测量数据的准确性和可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例监测装置装配的结构示意图；

图2为本发明实施例测力单元的结构示意图；

图3为本发明实施例第一夹具剖视示意图；

图4为本发明实施例支撑地位平台的结构示意图；

图5为本发明实施例夹持装置前侧的结构示意图；

图6为本发明实施例夹持装置后侧的结构示意图；

图7为本发明实施例云台的爆炸图；

图8为本发明实施例移动控制器的结构示意图；

图9为本发明实施例力温原位监测方法的步骤流程示意图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-测力计、11-数据端头、12-固定区、13-测力区、2-第一夹具、21-底板、22-侧板、23-支撑轨、24-活动块、25-固定块、26-第一螺栓、3-红外相机、4-支撑定位平台、41-工作平台、42-定位板、43-固定板、44-第二螺栓、5-夹持装置、51-第一自由度移动模块、52-第二自由度移动模块、53-第三自由度移动模块、501-盖板、502-轴承支撑座、503-丝杆、504-背板、505-滑板、506-第一电机、507-连接件、508-传动部件、508a-第一皮带轮、508b-皮带、508c-第二皮带轮、54-云台、541-夹持平台、542-伸载臂、543-固定轴、544-弧形滑块、545-弧形齿条、546-弧形滑轨、547-动力部件、547a-第二电机、547b-齿轮、547c-输出轴、548-外壳支座、6-移动控制器、61-显示端、62-输入端、63-打印机、8-磨床、81-砂轮部件、82-磨床架、83-挡板、84-磁吸基座、85-磁吸支座、86-磨床控制器9-工件。

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。

如图1至图8所示，本发明的一个实施例提供一种复合材料磨削过程中的力温原位监测装置，包括测力单元、测温单元及控制单元。其中，测力单元固定设于磁吸基座84上部左侧，用于夹持工件9并测量磨削时工件9受力情况；测温单元固定设于磁吸基座84上部右侧，包括用于实时测量工件9磨削面及周边区域温度变化的红外相机3；控制单元通过线缆与测力单元及测温单元固定连接，用于监测磨削总体情况；在磨削过程中，测力单元在工件9下方保持固定不动，测温单元在控制单元调控下使红外相机3镜头对准工件9且确保画面清晰；通过控制单元控制测温单元，并通过测力单元和测温单元实时测量磨削工件9在加工过程中的力温数据，提高测量的效率和准确性，实现对磨削过程的质量控制，并且通过对磨削过程中的力和温度数据进行统计和趋势分析，可以揭示潜在的关联性和规律性，为研究磨削过程中复合材料的去除及其去除机理提供数据化支持。

如图1至图3所示，所述测力单元包括：测力计1及第一夹具2。其中，测力计1整体为矩形方块并通过螺栓固定设于磁吸基座84上部左侧，用于测量磨削时工件9在x、y及z三个轴向的磨削力，其还包括：数据端头11、固定区12及测力区13；固定区12整体为矩形方块并固定设于测力计1左右两侧，其竖直方向固定设有多个用于固定测力计1的通孔；测力区13固定设于两个固定区12中部并设有受力传感器，用于提供工作作业面及测量工件9受的的磨削力；数据端头11固定设于固定区12左侧中部并与测力区13传感器固定连接，其通过线缆与控制单元固定连接，用于传输磨削力数据。

此外，第一夹具2固定设于测力计1的测力区13上方，用于稳固夹持工件9，其还包括：底板21、侧板22、支撑轨23、活动块24、固定块25以及第一螺栓26；其中，底板21整体为矩形方块且四周设有倒角，其左右两侧之间的宽度小于测力区13相应宽度并通过固定设有的通孔和螺栓固定设于测力区13上方；侧板22整体为L型方块，其短边与底板21接触且通过长边固定设有的通孔和螺栓固定设于底板21上方；支撑轨23两侧固定设有与侧板22长边相适配的凹槽并通过侧板22固定设于底板21上方中部；支撑轨23左右两侧为条形方块，后侧上端固定设有矩形方块，前侧上端固定设有相同的矩形方块且其中部设有与第一螺栓26适配的通孔；同时，支撑轨23前后端两个矩形方块在内侧与其左右两侧条形方块的接触位置均固定设有便于零件装配的倒角；进一步地，该前侧方块与两次条形方块形成整体下方为凸型的滑槽；活动块24为凸字形方块，其凸起端与支撑轨23凸型滑槽上端相适配且上端的宽度和厚度可依据夹紧工件9的尺寸进行更换，其用于辅助夹紧工件9；固定块25通过螺栓固定设于活动块24凸起端下部，其宽度与支撑轨23滑槽下端宽度相同，用于将活动块24限制在支撑轨23中部滑槽中；第一螺栓26穿过支撑轨23前侧矩形方块固定设有的通孔并通过活动块24表面设有的安装孔与活动块24固定连接，用于搭配活动块24夹紧工件9；在测量准备阶段，固定块25将活动块24固定在支撑轨23中部后，支撑轨23通过两侧的侧板22固定设于底板21上方，从而完成第一夹具2的组装；之后，通过螺栓将第一夹具2牢固固定于测力计1的测力区13上方；通过第一夹具2搭配固定式测力计1，从而得到精确的测量结果，实时监测磨削过程中的力变化，并为质量控制、工艺优化和故障诊断提供支持，有助于提高磨削过程的稳定性、效率和质量，同时为数据分析和挖掘提供了基础。

如图1、图4至图7所示，所述测温单元包括：红外相机3、支撑定位平台4及夹持装置5。其中，红外相机3整体为矩形柱状并采用夹持装置5进行固定，其镜头一端对准工件9磨削面并用于实时监测磨削面机周边区域温度信息；支撑定位平台4通过磁吸支座固定设于的磁吸基座上部右侧，用于夹持装置5调整位置，其包括：工作平台41、定位板42、固定板43及第二螺栓44；工作平台41左侧为矩形平板且平板固定设有定位安装孔，其右侧还固定设有矩形侧板，该侧板上部右侧还设有凹型平板，该凹型平板两端突出部位固定设有多个条状和圆形通孔；进一步地，工作平台41前后两侧固定设有用于加强板材强度的斜梁。定位板42为矩形方块，其右侧固定设有与第二螺栓44相适配的安装孔，其上部固定设有用于定位板42的定位的安装孔，且该安装孔位置与工作平台41的条状通孔位置相对应；固定板43为矩形方块，其上端固定设有多个安装孔且该安装孔与工作平台41的圆形通孔相匹配，用于定位机固定该固定板43，且其中部固定设有与第二螺栓44相适配的通孔，该通孔位置与定位板42安装孔位置相对应；第二螺栓44通过定位板42的通孔和固定板43的安装孔与固定板43固定连接并驱使定位板42夹紧磁吸支座85，从而将支撑定位平台4牢固固定在磁吸基座84右侧。

此外，夹持装置5通过工作平台41固定设有的定位安装孔固定设于工作平台41上方，其包括：第一自由度移动模块51、第二自由度移动模块52、第三自由度移动模块53以及云台54。其中，第一自由度移动模块51用于调节红外相机3整体高度，其包括：盖板501、轴承支撑座502、丝杆503、背板504、滑板505、第一电机506、连接件507以及传动部件508；盖板501整体为阶梯状方块，其固定设于第一自由度移动模块51最上端；轴承支撑座502顶部通过螺栓与盖板501下端左侧固定连接，其下侧中部固定设有与丝杆503相匹配的滚动轴承用于支撑丝杆503旋转运动，且固定设有相适配的轴承盖板；丝杆503通过滚动轴承固定设于两个轴承支撑座502之间；背板504整体为矩形长条方块，其上端通过螺栓与盖板501下端右侧固定连接，且其朝向丝杆503一侧固定设有交叉滚子轴承；滑板505整体为三面凹的矩形方块并通过固定设于其中部通孔内的丝杆螺母套设于丝杆503外侧，其朝向背板504一侧为凹面且与背板504宽度相适配，此外，该凹面固定设有与背板504交叉滚子轴承相适配的交叉滚子轴承，从而实现其在丝杆503只进行上下直线滑动，不进行转动。连接件507整体为空心阶梯状方块且前侧开口，其上端左侧通过螺栓分别与丝杆503下端的轴承支撑座502和背板504下端固定连接。第一电机506整体为矩形方块，其下端通过螺栓固定设于连接件507上端右侧。传动部件508固定设于连接件507内部，用于协助第一电机506带动丝杆503旋转，其包括，第一皮带轮508a、皮带508b以及第二皮带轮508c；其中，第一皮带轮508a固定套设于穿过连接件507的第一电机506转轴上，第二皮带轮508c固定套设于穿过轴承支撑座502及连接件507的丝杆503下端，且第一皮带轮508a与第二皮带轮508c通过皮带508b转动连接。

进一步地，第二自由度移动模块52用于调节红外相机3整体前后直线位置，其包括盖板501、轴承支撑座502、丝杆503、背板504、滑板505、第一电机506、连接件507以及传动部件508，且其各零部件连接方式与第一自由度移动模块51相同，整体可由第一自由度移动模块51沿竖直方向逆时针旋转90度得到，同时，第二自由度移动模块52滑板505通过螺栓与第一自由度移动模块51连接件507固定连接。此外，第三自由度移动模块53用于调节红外相机3整体左右直线位置，其包括盖板501、轴承支撑座502、丝杆503、背板504、滑板505、第一电机506、连接件507以及传动部件508，且其各零部件连接方式与第一自由度移动模块51相同，整体可由第二自由度移动模块52沿水平方向逆时针旋转90度得到，同时，第三自由度移动模块53滑板505通过螺栓与第二自由度移动模块52背板504固定连接；此外，第三自由度移动模块53背板504下端通过螺栓与工作平台41固定连接。

进一步地，云台54固定设于第一自由度移动模块51的滑板505后侧凹面，用于控制红外相机3俯仰角，其包括夹持平台541、伸载臂542、固定轴543、弧形滑块544、弧形齿条545、弧形滑轨546、动力部件547及外壳支座548。其中，外壳支座548主体呈长方体盒状结构，顶部、底部、前后两侧以及右侧为封闭的矩形面板且前侧有一个开口，该盒状结构前侧固定设有凹型安装板，且外壳支座548通过该凹型安装板两侧设有通孔的侧板固定设于第一自由度移动模块51的滑板505后侧凹面；同时，所述盒状结构后侧固定设有与第二电机547a适配的电机安装座，左侧两端固定设有扇形侧板，且该扇形侧板圆心处固定设有与固定轴543适配的支撑座。动力部件547包括第二电机547a、齿轮547b以及输出轴547c；其中，第二电机547a整体为圆柱体，其固定设于外壳支座548后侧电机安装座且其一端穿过外壳支座548后侧与固定设于外壳支座548内部的输出轴547c固定连接；此外，齿轮547b固定套设于输出轴547c中部，其与弧形齿条545外侧滚动连接并带动弧形齿条545转动。弧形齿条545整体为C字型不完整的环状结构，其内壁光滑，外侧固定设有与齿轮547b适配的齿条，其上端两侧向内凹陷并固定设有多个通孔。夹持平台541主要为一块矩形板及固定设于其两侧的侧板拼合而成，其两侧侧板固定设有用于与红外相机3固定连接的通孔且该矩形板中部固定设有多个通孔。伸载臂542主要为矩形方块、圆环及T型方块依次固定连接构成，该矩形方块通过螺栓及固定设有的且与夹持平台541矩形板中部通孔相对应的通孔固定设于夹持平台541下方。固定轴543为两端细中间粗的转轴，其两端分别固定设于外壳支座548的扇形侧板支撑座，且中间段套设于伸载臂542的圆环内，从而实现伸载臂542携带支持平台以固定轴543为中心旋转。弧形滑块544通过左侧的侧板及螺栓固定设于伸载臂542的T型方块一侧且通过右侧的侧板及螺栓固定设于弧形齿条545上端同一侧，同时，其一侧还固定设有与弧形滑轨546内外滑槽对应的弧形侧板。弧形滑轨546通过螺栓固定设于外壳支座548的扇形侧板内侧，整体为C字型不完整的环状结构，其内壁及外壁固定设有滑槽且该滑槽首尾处均固定设有用于防止弧形滑块544脱落的挡板。在磨削施工中，通过支撑定位平台4对红外相机3位置进行初步定位后，采用多个自由度移动模块对红外相机3的位置进行微调，保证了红外相机3调焦过程的精准性和稳定性；并且，通过电机控制红外相机3位置及俯仰角度，降低了调焦操作的繁复性，提高了安装效率，实现了全过程的智能化；此外，通过主要由齿轮、齿条、滑块、滑轨及固定轴543之类的零部件组成的云台54控制红外相机3俯仰装置的俯仰角度，不仅减轻红外相机3俯仰装置的重量，还具有承载能力强、控制精度高的优点，确保红外相机3调焦过程的准确性和稳定性。

优选地，所述第一自由度移动模块51中丝杆503长度大于第二自由度移动模块52和第三自由度移动模块53中的丝杆503长度。

优选地，所述电机均主要为无刷电机，且通过有线和/或无线方式与控制单元连接，从而实现对红外相机3位置及俯仰度的智能化调节。

优选地，所述云台54使得红外相机3在竖直面以逆时针方向进行-80°至10°的俯仰角调节。

如图1和图8所示，所述控制单元用于实时获取工件9受力和温度的数据及对红外相机3位置、俯仰度、镜头焦距的智能化调节，其包括移动控制器6。移动控制器6通过有线和/或无线的方式与第一电机、第二电机连接，其包括显示端61、输入端62以及打印机63。其中，显示端61固定设于移动控制器6表面，用于显示工件9受力和温度的数据，以及电机控制界面；输入端62固定设于移动控制器6表面且位于显示端61一侧，用于调控电机实现红外相机3位置、俯仰度、镜头焦距的智能化调节；打印机63位于移动控制器6一侧，用于打印工件9受力和温度的数据以实现测量结果可视化。通过移动控制器6实时控制测量工件9的磨削过程，对红外相机3画面实时观测并微调，有效提升红外相机3调焦过程的效率，确保测量数据的准确性和可靠性。

优选地，所述移动控制器6背侧固定设有磁吸装置且可吸附在磨床控制器86周边区域，从而实现工作人员的便捷操作，提高工作效率和安全性。

如图9所示，本发明的另一个实施例提供一种复合材料磨削过程中的力温原位监测方法，其应用前述的监测装置实现，包括如下步骤：

S1：确保磨削机和测力单元、测温单元处于正常工作状态；检查设备的电源、传感器、连接线等是否正常；

S2：将测力计1固定设于磁吸基座84左侧上方，并将第一夹具2固定设于测力计1上方，之后，使用第一夹具2夹紧工件9；

S3：将支撑定位平台4固定设于磁吸基座84右侧上方，根据工件9磨削要求将夹持装置5固定设于支撑定位平台4合适位置，通过移动控制器6对红外相机3位置和俯仰角进行微调；

S4：开启磨削机电源，进行工件9的磨削加工，通过显示端61监控红外相机3传输的图像，并依据工件9磨削面变化调整红外相机位置和俯仰角使获得良好视野，同时观察红外相机与磨床是否干涉；

S5：工件9磨削作业完成后，关闭磨削机电源并清理台面，将移动控制器6中工件9的力温数据导出做后续统计分析。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

在本专利中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排它性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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，并不用于限制本发明，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 (11)

1.一种复合材料磨削过程中的力温原位监测装置，其特征在于，包括：测力单元、测温单元及控制单元，其中：

所述测力单元包括固定设于磁吸基座(84)上部左侧用于测量磨削时工件(9)受力情况的测力计(1)及固定设于所述测力计(1)中部上方用于夹持所述工件(9)的第一夹具(2)；

所述测温单元包括通过磁吸支座(85)固定设于磁吸基座(84)上部右侧的支撑定位平台(4)，固定设于所述支撑定位平台(4)上方的夹持装置(5)，以及固定设于所述夹持装置(5)上端一侧的红外相机(3)。

所述控制单元包括用于实时获取所述工件(9)力温数据及对所述红外相机(3)位置、俯仰度和镜头焦距进行智能化调节的移动控制器(6)；通过控制单元控制测温单元，并通过测力单元和测温单元实时测量磨削工件在加工过程中的力温数据，为研究磨削过程中复合材料的去除及其去除机理提供数据化支持。

2.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述夹持装置(5)包括用于调节所述红外相机(3)整体高度的第一自由度移动模块(51)、用于调节所述红外相机(3)整体前后直线位置的第二自由度移动模块(52)、用于调节所述红外相机(3)整体左右直线位置的第三自由度移动模块(53)以及用于控制所述红外相机(3)俯仰角的云台(54)。

3.根据权利要求2所述的监测装置，其特征在于，所述第一自由度移动模块(51)、所述第二自由度移动模块(52)及所述第三自由度移动模块(53)均包括：盖板(501)、轴承支撑座(502)、丝杆(503)、背板(504)、滑板(505)、第一电机(506)、连接件(507)以及传动部件(508)；其中，所述盖板(501)固定设于所述第一自由度移动模块(51)最上端；所述轴承支撑座(502)顶部通过螺栓与所述盖板(501)下端左侧固定连接，其下侧中部固定设有与所述丝杆(503)相匹配的滚动轴承且固定设有相适配的轴承盖板；所述丝杆(503)通过滚动轴承固定设于两个所述轴承支撑座(502)之间；所述背板(504)上端通过螺栓与所述盖板(501)下端右侧固定连接，且其朝向所述丝杆(503)一侧固定设有交叉滚子轴承；所述滑板(505)通过固定设于其中部通孔内的丝杆螺母套设于所述丝杆(503)外侧，其朝向所述背板(504)一侧为凹面且与所述背板(504)宽度相适配，此外，该凹面固定设有与所述背板(504)交叉滚子轴承相适配的交叉滚子轴承；所述连接件(507)上端左侧通过螺栓分别与所述丝杆(503)下端的所述轴承支撑座(502)和所述背板(504)下端固定连接；所述第一电机(506)下端通过螺栓固定设于所述连接件(507)上端右侧；所述传动部件(508)固定设于所述连接件(507)内部。

4.根据权利要求3所述的监测装置，其特征在于，所述第二自由度移动模块(52)滑板(505)通过螺栓与所述第一自由度移动模块(51)连接件(507)固定连接；所述第三自由度移动模块(53)滑板(505)通过螺栓与所述第二自由度移动模块(52)背板(504)固定连接。

5.根据权利要求3所述的监测装置，其特征在于，所述传动部件(508)包括第一皮带轮(508a)、皮带(508b)以及第二皮带轮(508c)；其中，所述第一皮带轮(508a)固定套设于穿过所述连接件(507)的所述第一电机(506)转轴上，所述第二皮带轮(508c)固定套设于穿过所述轴承支撑座(502)及所述连接件(507)的所述丝杆(503)下端，且所述第一皮带轮(508a)与所述第二皮带轮(508c)通过所述皮带(508b)转动连接。

6.根据权利要求2所述的监测装置，其特征在于，所述云台(54)包括夹持平台(541)、伸载臂(542)、固定轴(543)、弧形滑块(544)、弧形齿条(545)、弧形滑轨(546)、动力部件(547)及外壳支座(548)；其中，所述外壳支座(548)主体呈长方体盒状结构，该盒状结构前侧固定设有凹型安装板且所述外壳支座(548)通过该凹型安装板两侧设有通孔的侧板固定设于所述第一自由度移动模块(51)的所述滑板(505)后侧凹面，同时，该盒状结构左侧两端固定设有扇形侧板且该扇形侧板圆心处固定设有与所述固定轴(543)适配的支撑座；所述动力部件(547)包括固定设于所述外壳支座(548)后侧电机安装座的第二电机(547a)、固定设于所述外壳支座(548)内部的输出轴(547c)以及固定套设于所述输出轴(547c)中部的齿轮(547b)；所述弧形齿条(545)内壁光滑，外侧固定设有与所述齿轮(547b)适配的齿条，其上端两侧向内凹陷并固定设有多个通孔；所述夹持平台(541)主要为一块矩形板及固定设于其两侧的侧板拼合而成，其两侧侧板固定设有用于与所述红外相机(3)固定连接的通孔且该矩形板中部固定设有多个通孔；所述伸载臂(542)主要为矩形方块、圆环及T型方块依次固定连接构成，该矩形方块固定设于所述夹持平台(541)下方；所述固定轴(543)两端分别固定设于所述外壳支座(548)的扇形侧板支撑座，且中间段套设于所述伸载臂(542)的圆环内；所述弧形滑块(544)通过左侧的侧板及螺栓固定设于所述伸载臂(542)的T型方块一侧且通过右侧的侧板及螺栓固定设于所述弧形齿条(545)上端同一侧，同时，其一侧还固定设有与所述弧形滑轨(546)内外滑槽对应的弧形侧板。所述弧形滑轨(546)通过螺栓固定设于所述外壳支座(548)的扇形侧板内侧，其内壁及外壁固定设有滑槽且该滑槽首尾处均固定设有用于防止所述弧形滑块(544)脱落的挡板。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的监测装置，其特征在于，所述支撑定位平台(4)包括：工作平台(41)、定位板(42)、固定板(43)及第二螺栓(44)；其中，所述工作平台(41)左侧为矩形平板且平板固定设有定位安装孔，其右侧还固定设有矩形侧板，该侧板上部右侧还设有凹型平板，该凹型平板两端突出部位固定设有多个条状和圆形通孔；所述定位板(42)右侧固定设有与所述第二螺栓(44)相适配的安装孔，其上部固定设有用于定位板(42)的定位的安装孔，且该安装孔位置与所述工作平台(41)的条状通孔位置相对应；所述固定板(43)上端固定设有多个安装孔且该安装孔与所述工作平台(41)的圆形通孔相匹配，且其中部固定设有与所述第二螺栓(44)相适配的通孔，该通孔位置与所述定位板(42)安装孔位置相对应；所述第二螺栓(44)通过所述定位板(42)的通孔和所述固定板(43)的安装孔与所述固定板(43)固定连接。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的监测装置，其特征在于，所述测力计(1)包括：数据端头(11)、固定区(12)及测力区(13)；其中，所述固定区(12)固定设于所述测力计(1)左右两侧；所述测力区(13)固定设于两个所述固定区(12)中部并设有受力传感器；所述数据端头(11)固定设于所述固定区(12)左侧中部并与所述测力区(13)传感器固定连接。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的监测装置，其特征在于，所述第一夹具(2)包括：底板(21)、侧板(22)、支撑轨(23)、活动块(24)、固定块(25)以及第一螺栓(26)；其中，所述底板(21)通过固定设有的通孔和螺栓固定设于所述测力区(13)上方；所述侧板(22)整体为L型方块，其短边与所述底板(21)接触且通过长边固定设有的通孔和螺栓固定设于所述底板(21)上方；所述支撑轨(23)两侧固定设有与所述侧板(22)长边相适配的凹槽并通过所述侧板(22)固定设于所述底板(21)上方中部；所述支撑轨(23)左右两侧为条形方块，后侧上端固定设有矩形方块，前侧上端固定设有相同的矩形方块且其中部设有与所述第一螺栓(26)适配的通孔，且该前侧方块与两次条形方块形成整体下方为凸型的滑槽；所述活动块(24)为凸字形方块，其凸起端与所述支撑轨(23)凸型滑槽上端相适配；所述固定块(25)通过螺栓固定设于所所述活动块(24)凸起端下部，其宽度与所述支撑轨(23)滑槽下端宽度相同；所述第一螺栓(26)穿过所述支撑轨(23)前侧矩形方块固定设有的通孔并通过所述活动块(24)表面设有的安装孔与所述活动块(24)固定连接。

10.根据权利要求1-6中任一项所述的监测装置，其特征在于，所述红外相机(3)在竖直面以逆时针方向进行俯仰角调节的角度为-80°至10°。

11.一种应用权利要求1-10中任一项所述的复合材料磨削过程中的力温原位监测装置的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：确保磨削机和测力单元、测温单元处于正常工作状态；检查设备的电源、传感器、连接线等是否正常；

S2：将所述测力计(1)固定设于所述磁吸基座(84)左侧上方，并将所述第一夹具(2)固定设于所述测力计(1)上方，之后，使用所述第一夹具(2)夹紧所述工件(9)；

S3：将所述支撑定位平台(4)固定设于所述磁吸基座(84)右侧上方，根据所述工件(9)磨削要求将所述夹持装置(5)固定设于所述支撑定位平台(4)合适位置，通过所述移动控制器(6)对所述红外相机(3)位置和俯仰角进行微调；

S4：开启磨削机电源，进行所述工件(9)的磨削加工，通过所述显示端(61)监控所述红外相机(3)传输的图像，并依据所述工件(9)磨削面变化调整红外相机位置和俯仰角使获得良好视野，同时观察红外相机与磨床是否干涉；

S5：所述工件(9)磨削作业完成后，关闭磨削机电源并清理台面，将所述移动控制器(6)中所述工件(9)的力温数据导出做后续统计分析。