CN218157980U - 一种加速度传感器及加工刀具监控系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种加速度传感器及加工刀具监控系统，加速度传感器应用于机床的刀具加工监测，加速度传感器设置于刀柄的内部，加速度传感器包括：壳体，壳体的内部设置有容腔。压电感测组件，压电感测组件安装于壳体的内侧壁上，压电感测组件设置有锆钛酸铅镧压电陶瓷片。由于本申请的加速度传感器采用锆钛酸铅镧压电陶瓷片，锆钛酸铅镧压电陶瓷片为多晶压电陶瓷，相较于现有的采用、单晶压电陶瓷片的加速度传感器，本申请的加速度传感器制备简单，成本较低。同时，锆钛酸铅镧压电陶瓷片具有较高灵敏度、介电常数以及电致伸缩系数，因此具有较低的介电损耗，有利于降低加速度传感器工作过程的温度，提高对机加工恶劣工况下的刀具监测的适应性。
Description
技术领域
本实用新型涉及传感器技术领域，尤其涉及加速度传感器及加工刀具监控系统。
背景技术
加速度传感器根据结构可以分为压缩式传感器和剪切式传感器两大类，压缩式传感器主要是利用压电材料的d33；剪切式传感器主要是利用压电材料的d15。加速度传感器的工作原理是当加速度计受到不同程度振动时，压电陶瓷受到的力的大小也将会随之改变，从而压电陶瓷因压电效应产生电荷的变化，通过检测电荷大小的可判断振动情况，进一步根据振动情况可反馈传感器监测情况。
压电陶瓷作为加速度传感器核心部件之一，其性能的优劣将会直接影响到加速度传感器的使用。目前机床的刀具加工监测方案中，加速度传感器采用的压电陶瓷片介电常数较低，工作过程会产生较高的介电损耗，导致温度升高，对机加工恶劣工况下的刀具监测适应性较差。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种加速度传感器及加工刀具监控系统，以解决现有技术中应用于机床的刀具加工监测的加速度传感器适应性较差的问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
一种加速度传感器，应用于机床的刀具加工监测，所述加速度传感器设置于刀柄的内部，所述加速度传感器包括：
壳体，所述壳体的内部设置有容腔；以及
压电感测组件，所述压电感测组件安装于所述壳体的内侧壁上，所述压电感测组件设置有锆钛酸铅镧压电陶瓷片。
进一步的，所述壳体为立方体壳体，所述壳体的所有外壁面向内偏置形成立方体的所述容腔，所述壳体的至少一个内侧壁安装有所述压电感测组件。
进一步的，所述壳体的其中任意三个两两相邻的内侧壁均独立安装有压电感测组件。
进一步的，所述壳体包括：固定连接的第一分体和第二分体；
所述第一分体与所述第二分体的连接处设置有若干个通孔以及穿设于所述通孔的螺栓，所述第二分体设置有与所述螺栓配合使用的螺纹孔，所述第一分体和所述第二分体通过所述螺栓和所述螺纹孔固定连接。
进一步的，所述第一分体包括：两两相互垂直连接的第一板体、第二板体以及第三板体；
所述第二分体包括：两两相互垂直连接的第四板体、第五板体以及第六板体；
所述第一板体和所述第四板体平行相对设置，所述第四板体分别抵接所述第二板体以及所述第二板体的内侧面，所述第五板体与所述第二板体平行相对设置，所述第五板体分别抵接所述第一板体以及所述第三板体的内侧面，所述第六板体与所述第三板体平行相对设置，所述第六板体分别抵接所述第一板体以及所述第二板体的内侧面，以形成所述容腔。
进一步的，所述压电感测组件还包括：基座、质量块以及悬臂梁；
所述基座的底部与所述壳体的内侧壁固定连接，所述基座的顶部与所述悬臂梁的其中一端的底部固定连接，所述悬臂梁的另一端的底部与质量块固定连接，所述质量块悬置于所述容腔内，所述压电陶瓷片设置于所述悬臂梁的顶部。
进一步的，所述压电陶瓷片通过环氧树脂胶与所述悬臂梁的上表面粘接，所述环氧树脂胶的固化厚度为所述压电陶瓷片厚度的十分之一。
进一步的，所述壳体的顶部设置有凸台，所述凸台设置有连通所述容腔和所述壳体外部的束线孔，所述束线孔的顶部设置有BNC通讯接口，所述压电陶瓷片通过导线与所述BNC通讯接口电连接。
进一步的，所述壳体为钢制壳体。
一种加工刀具监控系统，包括刀柄、电路模块以及上位机，所述刀柄的内部设置有如上述任一项所述的加速度传感器，所述加速度传感器与所述电路模块电连接，所述电路模块设置有无线通讯芯片，所述电路模块通过所述无线通讯芯片与所述上位机通信连接，所述电路模块用于将所述加速度传感器输出的检测信号以无线传输方式发送至所述上位机。
本实用新型的有益效果在于：本申请采用锆钛酸铅镧压电陶瓷片作为加速度传感器的压电感测元件，由于锆钛酸铅镧压电陶瓷片为多晶压电陶瓷，相较于现有的采用单晶压电陶瓷片的加速度传感器，制备简单，成本较低。同时，锆钛酸铅镧压电陶瓷片具有较高灵敏度、介电常数以及电致伸缩系数，因此具有较低的介电损耗，有利于降低加速度传感器工作过程的温度，提高对机加工恶劣工况下的刀具监测的适应性。
附图说明
图1为本实用新型实施例的刀柄及加速度传感器的结构示意图；
图2为本实用新型实施例的加速度传感器的结构示意图；
图3为本实用新型实施例的加速度传感器的另一结构示意图；
图4为本实用新型实施例的第一分体及压电感测组件的结构示意图；
图5为本实用新型实施例的第二分体的结构示意图。
标号说明：
10、加速度传感器；20、刀柄；100、壳体；110、第一分体；111、第一板体；112、第二板体；113、第三板体；114、通孔；120、第二分体；121、第四板体；122、第五板体；123、第六板体；124、螺纹孔；130、凸台；131、束线孔；132、BNC通讯接口；200、压电陶瓷组件；210、压电陶瓷片；220、基座；230、悬臂梁；240、质量块。
具体实施方式
为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
实施例一
请参照图1至图5，本实用新型的实施例一为：一种加速度传感器10，应用于机床的刀具加工监测，所述加速度传感器10设置于刀柄20的内部。
请参照图1至图3，所述加速度传感器10包括：壳体100，所述壳体100的内部设置有容腔。压电感测组件200，所述压电感测组件200安装于所述壳体100的内侧壁上，所述压电感测组件200设置有锆钛酸铅镧(PLZT)压电陶瓷片210。
本实施例中的加速度传感器10的工作原理为：加速度传感器10设置于机床的刀柄20的内部，当刀柄20受到外部作用力导致，不同程度振动时，加速度传感器10的压电陶瓷片210受到的外部力的大小也将会随之改变，从而压电陶瓷因压电效应产生电荷变化的电信号，通过检测电信号便可判断振动情况。其中，所述压电感测组件200设置有锆钛酸铅镧压电陶瓷片210，锆钛酸铅镧压电陶瓷片210为多层结构，位移量更大、信号更加灵敏。
可以理解的，由于本实施例的加速度传感器10采用锆钛酸铅镧压电陶瓷片210，锆钛酸铅镧压电陶瓷片210为多晶压电陶瓷，相较于现有的采用单晶压电陶瓷片210的加速度传感器10，本实施例的加速度传感器制备简单，成本较低。同时，锆钛酸铅镧压电陶瓷片210具有较高灵敏度、介电常数以及电致伸缩系数，因此具有较低的介电损耗，有利于降低加速度传感器10工作过程的温度，提高对机加工恶劣工况下的刀具监测的适应性。
示例性地，本实施例中的锆钛酸铅镧压电陶瓷片210的材料组分为(Pb1-xLax)(ZryTi1-y)1-x/4O3，其中x＝5mol％～8mol％，y＝56mol％～60mol％。
请参照图2，具体的，所述壳体100为立方体壳体100，所述壳体100的所有外壁面向内偏置形成立方体的所述容腔，所述壳体100的至少一个内侧壁安装有所述压电感测组件200。
可以理解的，本实施例的加速度传感器10采用立方体的容腔，以根据应用场景的不同，改变压电感测组件200的布置位置，便于定制化设计。并且，使加速度传感器10通用性能得到了提高，特别适合高温、大加速度以及存在强冲击的铣刀加工工况。
可选的，所述壳体100的其中任意三个两两相邻的内侧壁均独立安装有压电感测组件200。
可以理解的，本实施例在三个两两相邻的内侧壁均设置有压电感测组件200，从而实现三个相互垂直方向的加速度监测。
请参照图2至图5，可选的，所述壳体100包括固定连接的第一分体110和第二分体120；所述第一分体110与所述第二分体120的连接处设置有若干个通孔114以及穿设于所述通孔114的螺栓，所述第二分体120设置有与所述螺栓配合使用的螺纹孔124，所述第一分体110和所述第二分体120通过所述螺栓和所述螺纹孔124固定连接。
可以理解的，本实施例将加速度传感器10的壳体100拆分为第一分体110和第二分体120，有利于组装过程中将压电感测组件200设置在壳体100的内侧壁上，再通过螺钉和螺纹将第一分体110和第二分体120固定连接，以形成密闭的容腔。
请参照图4和图5，可选的，所述第一分体110包括：两两相互垂直连接的第一板体111、第二板体112以及第三板体113。所述第二分体120包括：两两相互垂直连接的第四板体121、第五板体122以及第六板体123。所述第一板体111和所述第四板体121平行相对设置，所述第四板体121分别抵接所述第二板体112以及所述第二板体112的内侧面，所述第五板体122与所述第二板体112平行相对设置，所述第五板体122分别抵接所述第一板体111以及所述第三板体113的内侧面，所述第六板体123与所述第三板体113平行相对设置，所述第六板体123分别抵接所述第一板体111以及所述第二板体112的内侧面，以形成所述容腔。
可以理解的，第一分体110和第二分体120均为两两相互垂直连接的板体结合而成，有利于在加速度传感器10组装过程中，为安装压电感测组件200提供更多的操作空间，从而提高加速度传感器10的生产效率。
请参照图4，可选的，所述压电感测组件200还包括基座220、质量块240以及悬臂梁230。所述基座220的底部与所述壳体100的内侧壁固定连接，所述基座220的顶部与所述悬臂梁230的其中一端的底部固定连接，所述悬臂梁230的另一端的底部与质量块240固定连接，所述质量块240悬置于所述容腔内，所述压电陶瓷片210设置于所述悬臂梁230的顶部。
可以理解的，压电感测组件200通过设置悬置的质量块240，质量块240在外部作用力的作用下摆动，带动悬臂梁230产生一定的弯曲形变。悬臂梁230在形变下，压电陶瓷片210受到的悬臂梁230的表面张力发生变化，输出对应的电信号，从而实现对外部作用力对应的加速度的检测。
具体的，所述压电陶瓷片210通过环氧树脂胶与所述悬臂梁230的上表面粘接，所述环氧树脂胶的固化厚度为所述压电陶瓷片210厚度的十分之一。
可以理解的，本实施例将环氧树脂胶的厚度控制在压电陶瓷片210厚度的十分之一，有利于在保证连接稳定性的同时，降低环氧树脂胶的厚度对压电陶瓷片210的压电效应产生的影响，从而提高加速度传感器10的稳定性。在其它实施例中，环氧树脂胶的固化厚度可以根据实际需要进行调整，此处不作限制。
请参照图5，可选的，所述壳体100的顶部设置有凸台130，所述凸台130设置有连通所述容腔和所述壳体100外部的束线孔131，所述束线孔131的顶部设置有BNC通讯接口，所述压电陶瓷片210通过导线与所述BNC通讯接口132电连接。
本实施例中，压电感测组件200均通过容腔内部的导线经束线孔131与通讯接口电连接，通讯接口用于连接外部的电路模块，以通过电路模块将压电陶瓷片210的电信号发送至外部的上位机。
本实施例中，第一分体110的第一板体111、第二板体112以及第三板体113均独立设置有压电感测组件200，以在X、Y、Z三个方向上监测外部作用力。当加工的过程中遇到撞击，加速度传感器10可以及时反馈撞击的方向，力度信号，提供给机床的上位机，对加工刀具进行保护。并且根据刀具加工的设备不同，调整对应的监测量程，避免超出量程而导致的加速度传感器10损坏。
可选的，所述壳体100为钢制壳体100，优选不锈钢。示例性地，第一分体110、所述第二分体120均各自由三个独立钢板焊接而成。在其它实施例中，第一分体110、第二分体120可以为注塑件，此处不作限制。
实施例二
本实施例提供一种加工刀具监控系统，应用于机床的加工刀具监控，所述加工刀具监控系统包括刀柄20、电路模块以及上位机，所述刀柄20的内部设置有如实施例一所述的加速度传感器10。所述加速度传感器10与所述电路模块电连接，所述电路模块设置有无线通讯芯片，所述电路模块通过所述无线通讯芯片与所述上位机通信连接，所述电路模块用于将所述加速度传感器10输出的检测信号以无线传输方式发送至所述上位机。示例性地，所述上位机可以为电表、示波器或计算机等设备。
具体的，加速度传感器10通过BNC通讯接口132与无线通讯芯片电连接，可以理解的，本实施例的加工刀具监控系统采用无线通讯方式将加速度传感器10的检测信号发送至上位机，无需在刀柄20内部进行布线，便于加速度传感器10的组装以及维修更换。
综上所述，本实用新型提供的加速度传感器及加速度传感器监测系统，加速度传感器采用锆钛酸铅镧压电陶瓷片，锆钛酸铅镧压电陶瓷片为多晶压电陶瓷，相较于现有的采用单晶压电陶瓷片的加速度传感器，制备简单，成本较低。同时，锆钛酸铅镧压电陶瓷片具有较高灵敏度、介电常数以及电致伸缩系数，因此具有较低的介电损耗，有利于降低加速度传感器工作过程的温度，提高对机加工恶劣工况下的刀具监测的适应性。
本申请的加速度传感器采用第一分体和第二分体形成具有容腔的壳体，第一分体和第二分体均为两两相互垂直连接的板体结合而成，有利于在加速度传感器组装过程中，为安装压电感测组件提供更多的操作空间，从而提高加速度传感器的生产效率。另外，本申请的加工刀具监控系统采用无线通讯方式将加速度传感器的检测信号发送至上位机，无需在刀柄内部进行布线，便于加速度传感器的组装以及维修更换。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围。
Claims (10)
1.一种加速度传感器，应用于机床的刀具加工监测，其特征在于，所述加速度传感器设置于刀柄的内部，所述加速度传感器包括：
壳体，所述壳体的内部设置有容腔；以及
压电感测组件，所述压电感测组件安装于所述壳体的内侧壁上，所述压电感测组件设置有锆钛酸铅镧压电陶瓷片。
2.根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，所述壳体为立方体壳体，所述壳体的所有外壁面向内偏置形成立方体的所述容腔，所述壳体的至少一个内侧壁安装有所述压电感测组件。
3.根据权利要求2所述的加速度传感器，其特征在于，所述壳体的其中任意三个两两相邻的内侧壁均独立安装有压电感测组件。
4.根据权利要求2所述的加速度传感器，其特征在于，所述壳体包括：固定连接的第一分体和第二分体；
所述第一分体与所述第二分体的连接处设置有若干个通孔以及穿设于所述通孔的螺栓，所述第二分体设置有与所述螺栓配合使用的螺纹孔，所述第一分体和所述第二分体通过所述螺栓和所述螺纹孔固定连接。
5.根据权利要求4所述的加速度传感器，其特征在于，
所述第一分体包括：两两相互垂直连接的第一板体、第二板体以及第三板体；
所述第二分体包括：两两相互垂直连接的第四板体、第五板体以及第六板体；
所述第一板体和所述第四板体平行相对设置，所述第四板体分别抵接所述第二板体以及所述第二板体的内侧面，所述第五板体与所述第二板体平行相对设置，所述第五板体分别抵接所述第一板体以及所述第三板体的内侧面，所述第六板体与所述第三板体平行相对设置，所述第六板体分别抵接所述第一板体以及所述第二板体的内侧面，以形成所述容腔。
6.根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，所述压电感测组件还包括：基座、质量块以及悬臂梁；
所述基座的底部与所述壳体的内侧壁固定连接，所述基座的顶部与所述悬臂梁的其中一端的底部固定连接，所述悬臂梁的另一端的底部与质量块固定连接，所述质量块悬置于所述容腔内，所述压电陶瓷片设置于所述悬臂梁的顶部。
7.根据权利要求6所述的加速度传感器，其特征在于，所述压电陶瓷片通过环氧树脂胶与所述悬臂梁的上表面粘接，所述环氧树脂胶的固化厚度为所述压电陶瓷片厚度的十分之一。
8.根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，所述壳体的顶部设置有凸台，所述凸台设置有连通所述容腔和所述壳体外部的束线孔，所述束线孔的顶部设置有BNC通讯接口，所述压电陶瓷片通过导线与所述BNC通讯接口电连接。
9.根据权利要求1所述的加速度传感器，其特征在于，所述壳体为钢制壳体。
10.一种加工刀具监控系统，其特征在于，包括刀柄、电路模块以及上位机，所述刀柄的内部设置有如权利要求1-9任一项所述的加速度传感器，所述加速度传感器与所述电路模块电连接，所述电路模块设置有无线通讯芯片，所述电路模块通过所述无线通讯芯片与所述上位机通信连接，所述电路模块用于将所述加速度传感器输出的检测信号以无线传输方式发送至所述上位机。
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