CN208936974U - 热加工过程在线测量系统 - Google Patents

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马晓娜
吴云龙
郭世昌
李丽丽
臧曙光
左岩
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Abstract

本实用新型提出一种热加工过程的在线测量系统。所述热加工过程是将热加工模具和热加工材料按设定的条件热加工，所述在线测量系统包括：探测头；冷却单元，所述探测头的外周被冷却单元包裹；运动机构，所述探测头固定安装于所述运动机构上，并在随着所述运动机构运动时扫描被测量的热加工材料；所述探测头为三维扫描仪探测头，其与工控机连接并将所探测的图像信息传输至所述工控机。所述在线测量系统能够测量热加工过程中被测量的试件在任意时刻任意检测点的状态并输出数字化结果；沿时间轴检测可获取被测热加工材料任意时刻的数据；所述在线测量系统能准确定量地记录热加工过程并输出数字化记录。

Description

热加工过程在线测量系统
技术领域
本实用新型涉及玻璃加工领域，特别涉及一种热加工过程在线测量系统。
背景技术
材料在热弯精确成型时，热弯过程的记录主要有两种方法：一种是玻璃在烘箱中热弯成型，研究人员通过烘箱的观察窗目测成型过程，这种方法对研究人员的经验具有很强的依赖性，而且观察的角度受限制，仅能观察热弯成型过程的局部；另一种方法是在烘箱内部安装摄像机，通过视频记录热弯成型的过程；但是视频信息仅能记录热弯成型过程的发展，而无法将其输出为准确定量的数字化信息。
目前尚未发现有效的测量系统和测量方法能够定量记录玻璃热弯变形的过程。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于提供一种热加工过程在线测量系统，所述在线测量系统能够测量热加工过程中被测量的热加工材料在任意时刻任意检测点的状态并输出数字化结果；某一时刻所有检测点的数据组合可获取被测热加工材料于此时刻的数据；被测热加工材料加工过程中，沿时间轴按设定的频次检测，可获取被测热加工材料任意时刻的数据，所述在线测量系统能准确定量地记录热加工过程并输出数字化记录，为材料热加工工艺的确定提供有价值的参考依据，从而更加实用。
本实用新型的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本实用新型提出的一种热加工过程在线测量系统，所述热加工过程是将热加工模具和热加工材料按设定的条件热加工，其包括：探测头；冷却单元，所述探测头的外周被冷却单元包裹；运动机构，所述探测头固定安装于所述运动机构上，并在随着所述运动机构运动时扫描被测量的热加工材料。
本实用新型的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
优选的，前述的热加工过程在线测量系统，其中所述探测头为三维扫描仪探测头，其与工控机连接并将所探测的图像信息传输至所述工控机。
优选的，前述的热加工过程在线测量系统，其还包括：支架，所述运动机构安装在所述支架上。
优选的，前述的热加工过程在线测量系统，其中所述运动机构包括滑轨和滑块；所述滑轨固定安装于所述支架上；所述滑块安装于所述滑轨上并能够沿着所述滑轨运动。
优选的，前述的热加工过程在线测量系统，其中所述支架为柔性支架，能够根据所述热加工模具和热加工材料的需要调整所述滑轨的位置和路径。
优选的，前述的热加工过程在线测量系统，其中所述探测头安装于所述滑块上，并随着滑块沿着所述滑轨运动。
优选的，前述的热加工过程在线测量系统，其中所述滑块与工控机连接，并根据工控机预设的扫描参数控制所述滑块运动方向、运动时间、运动速度以及停留位置和停留时间。
优选的，前述的热加工过程在线测量系统，其中所述冷却单元包括冷却层及隔热层；所述冷却层为采用内置冷水循环的柔性硅胶管包裹所述探测头；所述隔热层为采用绝热棉包裹所述柔性硅胶管。
优选的，前述的热加工过程在线测量系统，其中所述工控机包括控制系统、存储系统和运算系统；所述在线测量系统工作时，所述探测头扫描被测量的热加工材料，获得任意时刻任意探测点的图像信号；所述控制系统与所述探测头连接以获取所述的图像信号，并由所述运算系统将其转化为计算机可处理的数据信息作为所述时刻所述探测点的测量数据，并将其存储于所述的存储系统中；所述时刻被测量的热加工材料的所有探测点的测量数据组合即为所述时刻的测量结果；所述测量结果同时以数字形式和图像形式记录。
优选的，前述的热加工过程在线测量系统，其中所述热加工材料为有机透明玻璃或无机玻璃。
借由上述技术方案，本实用新型提出的一种热加工过程在线测量系统至少具有下列优点：
1、所述的热加工过程在线测量系统，通过运动机构承载三维扫描仪运动，能够扫描热加工材料在加工过程的任意时刻的图像信息，并通过运算系统将图像信息输出为数字化信息，准取定量地测量热加工材料过程中任意时刻任意点的数据；
2、所述的热加工过程在线测量系统，通过在所述探测头外周包裹冷却单元，所述冷却单元包括冷却层及隔热层；所述冷却层为采用内置冷水循环的柔性硅胶管包裹所述探测头；所述隔热层为采用绝热棉包裹所述柔性硅胶管；基于此种结构，一方面隔热层作为冷却单元与烘箱的隔离层，减少冷却单元对于烘箱内温度场的影响，从而尽量较少冷却单元对于热加工过程的影响；另一方面，现有的三维扫描仪一般仅能用于常规环境下进行扫描，冷却层能够减少烘箱环境对于探测头的影响，从而实现将三维扫描技术应用于热加工过程的在线测量；
3、所述的热加工过程在线测量系统，能够通过运动机构携带探测头连续测量，对于很多热加工过程长达几天的过程，极大地解放了研究人员，克服了长时间处于加工现场目测加工过程的缺陷；
4、所述的热加工过程在线测量系统，其运动机构的滑轨安装于柔性支架上，所述支架的形状、位置等可以根据被测量的热加工模具和热加工材料进行灵活调整，增加了该在线测量系统使用的灵活性，能够适应更多的测量场景；
5、所述的热加工过程在线测量系统，能够通过运动机构携带探测头在被测量试件上循环往复运动，大大扩大了被测量试件的尺寸范围，既可以用于小试件的测量也可以用于大试件的测量；
6、所述的热加工过程在线测量系统，由工控机控制滑块的运动时间和运动速度，需要在局部更为精确测量时，所述工控机还可以控制探测头停留于指定位置进行静态测量，对于精确度要求非常高的航空透明件的精确成型的过程测量具有很大的指导价值。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本实用新型的在线测量系统的结构示意图；
图2是本实用新型的支架和运动机构的结构示意图；
图3是本实用新型的冷却单元的结构示意图；
图4是本实用新型的一个实施例的以图像形式记录的测量结果。
具体实施方式
为更进一步阐述本实用新型为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的一种热加工过程在线测量系统其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
如图1-图3所示，本实用新型提出一种热加工过程在线测量系统，所述热加工过程是将热加工模具2和热加工材料4放入烘箱1中或者热加工工作场所按设定的条件热加工，所述在线测量系统包括探测头8；所述探测头8的外周被冷却单元9包裹；所述在线测量系统还包括设置于烘箱内的运动机构；所述探测头8固定安装于所述运动机构上，并在随着所述运动机构运动时扫描被测量的热加工材料5。
所述运动为间歇式运动或连续运动。
优选的，前述的热加工过程在线测量系统，其中所述探测头8为三维扫描仪探测头，其与工控机10连接并将所探测的图像信息传输至所述工控机10。
优选的，前述的热加工过程在线测量系统，其中所述测量系统还包括支架3；所述运动机构安装在所述支架3上。
优选的，前述的热加工过程在线测量系统，其中所述运动机构包括滑轨6和滑块7；所述滑轨6固定安装于所述支架3上；所述滑块7安装于所述滑轨6上并能够沿着所述滑轨6运动。
优选的，前述的热加工过程在线测量系统，其中所述支架3为柔性支架，能够根据所述热加工模具2和热加工材料4的需要调整所述滑轨6的位置和路径。
在做热加工材料扫描时，鉴于热加工材料4尺寸和形状不同，根据拟扫描的热加工材料4设计扫描路径；所述的滑轨6按照设计的扫描路径安装；滑块7带着探测头8按照扫描路径运动。
优选的，前述的热加工过程在线测量系统，其中所述探测头8安装于所述滑块7上，并随着滑块7沿着所述滑轨6运动。
优选的，前述的热加工过程在线测量系统，其中所述滑块7与工控机10连接，并根据工控机10预设的扫描参数控制所述滑块7运动方向、运动时间、运动速度以及停留位置和停留时间。
优选的，前述的热加工过程在线测量系统，其中所述冷却单元9包括冷却层92及隔热层91；所述冷却层92为采用内置冷水循环的柔性硅胶管包裹所述探测头8；所述隔热层91为采用绝热棉包裹所述柔性硅胶管。
所述的隔热层91将所述的冷却单元9与发生动态过程的环境隔离，避免其对所述的环境的温度造成影响。
优选的，前述的热加工过程在线测量系统，其中所述工控机10包括控制系统、存储系统和运算系统；所述在线测量系统工作时，所述探测头8扫描被测量的热加工材料5，获得任意时刻任意探测点的图像信号；所述控制系统与所述探测头8连接以获取所述的图像信号，并由所述运算系统将其转化为计算机可处理的数据信息作为所述时刻所述探测点的测量数据，并将其存储于所述的存储系统中；所述时刻被测量的热加工材料5的所有探测点的测量数据组合即为所述时刻的测量结果；所述测量结果同时以数字形式和图像形式记录。
所述在线测量系统为连续扫描或者按设定的频次扫描。
所述扫描为循环往复扫描。
优选的，前述的热加工过程在线测量系统，其中所述热加工材料4为有机透明玻璃或无机玻璃。
所述热加工材料4为航空玻璃。
所述热加工材料4为航空有机透明玻璃；所述的航空有机透明玻璃包括PMMA或PC。
PMMA为聚甲基丙烯酸甲酯，俗称有机玻璃；PC为聚碳酸酯。
实施例：
在待加工材料有机玻璃板材表面划小于20mm的网格S1和标记点A、B、C……，然后将热加工模具和待加工材料有机玻璃固定，并放进烘箱内，在150℃条件下使有机玻璃成型；实时测量该热加工过程中有机玻璃的变形。
烘箱内设置龙门支架，所述支架的一字横梁上设置有滑轨和滑块；所述滑块可沿着所述滑轨运动；所述滑块下端安装探测头；所述探测头的四周包裹内置冷水循环的柔性硅胶管；然后，使用绝热棉包裹所述柔性硅胶管。调节支架与热加工模具的位置使探测头能够在热加工过程的全程都能清晰地探测所述有机玻璃上各点的状态。
附图4为以图像形式呈现的测量结果，明确列出了t1时刻、t2时刻、……、tn时刻的所述有机玻璃的形貌状态。
以数字形式呈现的测量结果如下：点A，点B，点C分别为有机玻璃表面上任意的点，S1为有机玻璃表面上的一个任意区域，上述图像形式获取的玻璃数模包含点A、点B、点C及S1区域的空间信息。t1时刻各探测点的测量数据为：点A三维坐标(xA1，yA1，zA1)，点B三维坐标(xB1，yB1，zB1)，点C三维坐标(xC1，yC1，zC1)；点A处的玻璃厚度dA1，点B处玻璃厚度dB1，点C处玻璃厚度dC1，S1区域面积的大小S11。t2时刻各探测点的测量数据为：点A三维坐标(xA2，yA2，zA2)，点B三维坐标(xB2，yB2，zB2)，点C三维坐标(xC2，yC2，zC2)，点A处玻璃厚度dA2，点B处玻璃厚度dB2，点C处玻璃厚度dC2，S1区域面积大小S12。tn时刻各探测点的测量数据为：点A三维坐标(xAn，yAn，zAn)，点B三维坐标(xBn，yBn，zBn)，点C三维坐标(xCn，yCn，zCn)，点A处玻璃厚度dAn，点B处玻璃厚度dBn，点C处玻璃厚度dCn，S1区域面积大小S1n。
由上述的图像形式及数字形式呈现的测量结果可见，获取连续变形的玻璃数模，能够清晰掌握玻璃整体外形轮廓走向、玻璃与成型模具相对位置及贴合程度，增进了解聚合物的大变形，分析热加工条件如温度、压力及时间的布置是否合理，从而优化整体工艺。对玻璃每个网格(初始20mm×20mm)的具体运动变形进行跟踪显示，获取数模中变形网格面积，成型温度下每个网格体积变化可忽略，近而获得每个网格玻璃的平均厚度。分析比较不同时间同一网格的变形行为，及相同时间不同网格的变形行为，深入了解玻璃的变形行为和成型的物理机制，优化局部工艺。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种热加工过程在线测量系统，所述热加工过程是将热加工模具和热加工材料按设定的条件热加工，其特征在于，其包括：
探测头；
冷却单元，所述探测头的外周被冷却单元包裹；
运动机构，所述探测头固定安装于所述运动机构上，并在随着所述运动机构运动时扫描被测量的热加工材料。
2.根据权利要求1所述的热加工过程在线测量系统，其特征在于，
所述探测头为三维扫描仪探测头，其与工控机连接并将所探测的图像信息传输至所述工控机。
3.根据权利要求1所述的热加工过程在线测量系统，其特征在于，其还包括：支架，所述运动机构安装在所述支架上。
4.根据权利要求3所述的热加工过程在线测量系统，其特征在于，
所述运动机构包括滑轨和滑块；
所述滑轨固定安装于所述支架上；所述滑块安装于所述滑轨上并能够沿着所述滑轨运动。
5.根据权利要求4所述的热加工过程在线测量系统，其特征在于，
所述支架为柔性支架，能够根据所述热加工模具和热加工材料的需要调整所述滑轨的位置和路径。
6.根据权利要求4所述的热加工过程在线测量系统，其特征在于，
所述探测头安装于所述滑块上，并随着滑块沿着所述滑轨运动。
7.根据权利要求4所述的热加工过程在线测量系统，其特征在于，
所述滑块与工控机连接，并根据工控机预设的扫描参数控制所述滑块运动方向、运动时间、运动速度以及停留位置和停留时间。
8.根据权利要求1所述的热加工过程在线测量系统，其特征在于，
所述冷却单元包括冷却层及隔热层；
所述冷却层为采用内置冷水循环的柔性硅胶管包裹所述探测头；
所述隔热层为采用绝热棉包裹所述柔性硅胶管。
9.根据权利要求2或7所述的热加工过程在线测量系统，其特征在于，
所述工控机包括控制系统、存储系统和运算系统；
所述在线测量系统工作时，所述探测头扫描被测量的热加工材料，获得任意时刻任意探测点的图像信号；
所述控制系统与所述探测头连接以获取所述的图像信号，并由所述运算系统将其转化为计算机可处理的数据信息作为所述时刻所述探测点的测量数据，并将其存储于所述的存储系统中；
所述时刻被测量的热加工材料的所有探测点的测量数据组合即为所述时刻的测量结果；所述测量结果同时以数字形式和图像形式记录。
10.根据权利要求9所述的热加工过程在线测量系统，其特征在于，
所述热加工材料为有机透明玻璃或无机玻璃。
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