專利名稱：攪拌摩擦焊在線測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機械工程測試技術(shù)，尤其是一種攪拌摩擦焊過程中的溫度檢測、 振動檢測和焊接三向力的測試的系統(tǒng)，具體地說是一種攪拌摩擦焊在線測試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，攪拌摩擦焊作為一種新型的固相連接技術(shù)，在鋁合金焊接方面具有得天獨 厚的優(yōu)勢，具有固態(tài)連接、接頭性能優(yōu)異、焊接過程簡單、生產(chǎn)成本較低、焊接過程無污染等 優(yōu)點，攪拌摩擦焊的這些技術(shù)特點使得它迅速發(fā)展成為在鋁合金等輕金屬結(jié)構(gòu)的制造過程 中可以替代熔焊技術(shù)的新型工業(yè)化連接技術(shù)，同時它也成為了近年來工程研究的熱點，大 量焊接實驗和相關(guān)模擬研究工作得以開展。隨著攪拌摩擦焊技術(shù)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，對焊接質(zhì)量的要求也越來越高，而 焊接溫度，振動情況以及焊接三向力都是影響焊接質(zhì)量的重要參數(shù)。以往對上述三項指標(biāo) 的測定都采取單獨進行的方式，需要三套測試系統(tǒng)分別進行測量。這種測試系統(tǒng)不僅機構(gòu) 復(fù)雜，操作繁瑣，成本高而且效率低下。據(jù)申請人所知，到目前為止還沒有形成一種能夠?qū)嚢枘Σ梁讣庸み^程中的溫 度，振動，三向力進行準(zhǔn)確、綜合在線測試的完整系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是是針對現(xiàn)有的攪拌摩擦焊測試系統(tǒng)功能單一，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作繁 瑣，效率低下，成本高等不合理問題，發(fā)明一套能夠集溫度檢測，振動，檢測，三向力檢測為 一體的攪拌摩擦焊在線測試系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種攪拌摩擦焊在線測試系統(tǒng)，其特征是它主要由信號感應(yīng)平臺1、信號調(diào)理系統(tǒng)2和 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3組成，所述的信號感應(yīng)平臺1包括測力八角環(huán)1-1、振動傳感器1-2和溫度 傳感器1-3，測力八角環(huán)1-1固定在底座1-4上，安裝工件的工作臺1-5固定安裝在測力八 角環(huán)1-1上，振動傳感器1-2安裝在攪拌摩擦焊機的攪拌軸4上，溫度傳感器1-3與工件 表面相接觸，測力八角環(huán)1-1上的應(yīng)變片1-6、振動傳感器1-2及溫度傳感器1-2的信號輸 出端與信號調(diào)理系統(tǒng)2的輸入端相連，信號調(diào)理系統(tǒng)2由信號放大電路2-1、信號濾波電路 2-2和信號補償電路2-3組成，信號放大電路2-1的輸入端作為信號調(diào)理系統(tǒng)2的輸入端與 振動傳感器1-2及溫度傳感器1-2的信號輸出端相連，信號放大電路2-1的輸出端與信號 濾波電路2-2的輸入端相連，信號濾波電路2-2的輸出端與信號補償電路2-3的輸入端相 連，信號補償電路2-3的輸出端作為信號調(diào)理系統(tǒng)2的輸出端與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3的輸入端 相連；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3主要由計算機3-1和數(shù)據(jù)采集卡3-2組成，數(shù)據(jù)采集卡3-2的輸入端 作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3的輸入端與信號調(diào)理系統(tǒng)2的輸出端即信號補償電路2-3的輸出端相 連，數(shù)據(jù)采集卡3-2的輸出與安裝有處理軟件的計算機3-1的數(shù)據(jù)輸入端相連，計算機3-1 在軟件的控制下將測試結(jié)果按設(shè)定的形式在顯示器上進行顯示并存儲或打印。
所述的測力八角環(huán)1-1的數(shù)量為兩個，它對稱安裝在底座1-4相對的兩側(cè)邊上，每 個測力八角環(huán)1-1上均設(shè)有一個亞鈴狀水平通孔1-6。信號調(diào)理系統(tǒng)2將采集到的電信號經(jīng)信號放大電路2-1、信號濾波電路2-2和信號 補償部分2-3進行放大，濾波，補償以供采集系統(tǒng)采集。其中的信號補償部分2-3的作用是主要是對熱電偶進行冷端補償，以消除由于 周圍介質(zhì)溫度波動帶來的誤差，它主要由半導(dǎo)體二極管和阻值不同的電阻等組成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3是基于幾種編程語言綜合應(yīng)用的集數(shù)據(jù)采集、顯示和存儲為一體 的系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集卡3-2在軟件3-3的控制下可以直接將測到的電信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的溫度 信號，振動信號和力信號，并通過計算機3-1直觀的顯示出來。本發(fā)明的有益效果
(1)本發(fā)明集溫度檢測，三向力檢測()，振動檢測為一體，能夠?qū)嚢枘Σ梁讣庸み^程 中重要的測量信號及時，準(zhǔn)確，方便地采集下來，實現(xiàn)了攪拌摩擦焊重要參數(shù)的同步在線檢 測。(2)本發(fā)明中的信號調(diào)理系統(tǒng)集多路信號調(diào)理為一體，克服了以往單信號調(diào)理中 的繁瑣不協(xié)調(diào)的弊端，使測量更加準(zhǔn)確簡單。(3)本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，界面能夠非常直觀顯示出加工過程中的溫度，力和振 動的變化，采集到的數(shù)據(jù)能夠及時保存而且界面友好操作簡單。(4)本發(fā)明克服了攪拌摩擦焊個參數(shù)進行獨立測量的缺點，具有結(jié)構(gòu)簡單，操作簡 便，成本低等優(yōu)點。(5)本發(fā)明集溫度檢測，三向力檢測，振動檢測為一體，實現(xiàn)了攪拌摩擦焊重要參 數(shù)的同步在線測試，其測試準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便和成本低等優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的攪拌摩擦焊在線測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的測力八角環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明實施例的補償電路示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。如圖1-2所示。一種攪拌摩擦焊在線測試系統(tǒng)，其特征是它主要由信號感應(yīng)平臺1、信號調(diào)理系統(tǒng) 2和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3組成，如圖1所示，所述的信號感應(yīng)平臺1包括兩個對稱設(shè)置的測力八 角環(huán)1-1 (如圖2)、振動傳感器1-2和溫度傳感器1-3，兩個測力八角環(huán)1-1對稱固定在底 座1-4相對的兩邊上，每個測力八角環(huán)1-1均設(shè)有一個亞鈴狀水平通孔1-6，即每個測力八 角環(huán)1-1的縱向剖切面上均有一個亞鈴狀的孔(兩端的圓孔通過一個扁平孔相連通)，測力 八角環(huán)1-1的不與工作臺1-5及底座1-4相接觸的平面上部分或全部安裝有應(yīng)變片1-6，應(yīng) 變片用于進行三向力測量，安裝工件的工作臺1-5固定安裝在測力八角環(huán)1-1上，振動傳感 器1-2安裝在攪拌摩擦焊機的攪拌軸4上，溫度傳感器1-3與工件表面相接觸，應(yīng)變片1-6、 振動傳感器1-2及溫度傳感器1-2的信號輸出端與信號調(diào)理系統(tǒng)2的輸入端相連，信號調(diào)理系統(tǒng)2由信號放大電路2-1 (可采用教科書上常見的信號放大電路或集成塊加以實現(xiàn))、 信號濾波電路2-2 (可采用教科書上常見的信號放大電路或集成塊加以實現(xiàn))和信號補償電 路2-3 (它主要由半導(dǎo)體二極管和阻值不同的電阻組成)組成，信號放大電路2-1的輸入端 作為信號調(diào)理系統(tǒng)2的輸入端與應(yīng)變片1-6、振動傳感器1-2及溫度傳感器1-2的信號輸出 端相連，信號放大電路2-1的輸出端與信號濾波電路2-2的輸入端相連，信號濾波電路2-2 的輸出端與信號補償電路2-3的輸入端相連，信號補償電路2-3的輸出端作為信號調(diào)理系 統(tǒng)2的輸出端與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3的輸入端相連；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3主要由計算機3-1和數(shù)據(jù) 采集卡3-2組成，數(shù)據(jù)采集卡3-2的輸入端作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3的輸入端與信號調(diào)理系統(tǒng)2 的輸出端即信號補償電路2-3的輸出端相連，數(shù)據(jù)采集卡3-2的輸出與安裝有處理軟件的 計算機3-1的數(shù)據(jù)輸入端相連，計算機3-1在軟件的控制下將測試結(jié)果按設(shè)定的形式在顯 示器上進行顯示并存儲或打印。本發(fā)明所采用的各種傳感器均可直接從市場采購，所涉及的各種電路均可直接采 用或參照教科書上相應(yīng)成熟的電路加以實現(xiàn)，也可根據(jù)功能要求選擇相關(guān)的集成塊加以實 現(xiàn)。其中的信號補償電路也是一種常規(guī)的電路，可自行設(shè)計，可參考教科書設(shè)計，也可參照 圖3，圖3的信號補償電路主要由半導(dǎo)體二極管和阻值不同的電阻等組成。本發(fā)明在工作 時，首先將工件固定在由兩個測力八角環(huán)1-1上支承的工作臺1-5上，然后將振動傳感器 1-2通過固定裝置固定在攪拌軸4上，溫度傳感器固1-3定在工件需要測溫的部位，然后通 過導(dǎo)線將幾個傳感器產(chǎn)生的電壓信號傳送到信號調(diào)理系統(tǒng)2，進行信號處理，處理后的電壓 信號直接供裝有數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3。下面以拼焊尺寸為200 X 100 X IOmm的兩塊鋁合金板材為例進一步介紹使用本發(fā) 明的優(yōu)點。首先，將兩塊鋁合金板材固定在測力八角環(huán)1-1上的工作臺1-5上，將振動傳感 器1-2通過緊固裝置固定在攪拌摩擦焊機攪拌軸4上，同時將溫度傳感器1-3 (本實驗用 的是K型熱電偶，也可采用其它常規(guī)的溫度傳感器)按測試要求固定在鋁合金板材相應(yīng)的位 置。其次，通過屏蔽電纜將信號感應(yīng)平臺1產(chǎn)生的多路電壓信號(溫度、振動、應(yīng)變)傳送到 信號調(diào)理系統(tǒng)2。再次，經(jīng)過信號調(diào)理電路的電壓信號直接通過導(dǎo)線連接到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3 的數(shù)據(jù)采集卡上，然后再利用預(yù)裝的程序?qū)㈦妷盒盘栟D(zhuǎn)化為相應(yīng)的實際物理信號直觀的顯 示出來并將數(shù)據(jù)及時的存儲下來。在實驗中不僅可以直觀的觀察到焊接過程中的溫度變化 曲線，振動周期，振動規(guī)律以及焊接過程中三向力的變化而且實驗數(shù)據(jù)也可以毫無丟失的 及時保存下來。通過此實驗可以看出，本發(fā)明攪拌摩擦焊在線測試系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)攪拌 摩擦焊多參數(shù)的同步在線測試，而且測試準(zhǔn)確、機構(gòu)簡單和操作方便。本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求
一種攪拌摩擦焊在線測試系統(tǒng)，其特征是它主要由信號感應(yīng)平臺(1)、信號調(diào)理系統(tǒng)(2)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(3)組成，所述的信號感應(yīng)平臺(1)包括測力八角環(huán)(1 1)、振動傳感器(1 2)和溫度傳感器(1 3)，測力八角環(huán)(1 1)固定在底座(1 4)上，安裝工件的工作臺(1 5)固定安裝在測力八角環(huán)(1 1)上，振動傳感器(1 2)安裝在攪拌摩擦焊機的攪拌軸(4)上，溫度傳感器(1 3)與工件表面相接觸，測力八角環(huán)(1 1)上的應(yīng)變片(1 6)、振動傳感器(1 2)及溫度傳感器(1 2)的信號輸出端與信號調(diào)理系統(tǒng)(2)的輸入端相連，信號調(diào)理系統(tǒng)(2)由信號放大電路(2 1)、信號濾波電路(2 2)和信號補償電路(2 3)組成，信號放大電路(2 1)的輸入端作為信號調(diào)理系統(tǒng)(2)的輸入端與應(yīng)變片(1 6)、振動傳感器(1 2)及溫度傳感器(1 2)的信號輸出端相連，信號放大電路(2 1)的輸出端與信號濾波電路(2 2)的輸入端相連，信號濾波電路(2 2)的輸出端與信號補償電路(2 3)的輸入端相連，信號補償電路(2 3)的輸出端作為信號調(diào)理系統(tǒng)(2)的輸出端與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(3)的輸入端相連；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(3)主要由計算機(3 1)和數(shù)據(jù)采集卡(3 2)組成，數(shù)據(jù)采集卡(3 2)的輸入端作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(3)的輸入端與信號調(diào)理系統(tǒng)(2)的輸出端即信號補償電路(2 3)的輸出端相連，數(shù)據(jù)采集卡(3 2)的輸出與安裝有處理軟件的計算機(3 1)的數(shù)據(jù)輸入端相連，計算機(3 1)在軟件的控制下將測試結(jié)果按設(shè)定的形式在顯示器上進行顯示并存儲或打印。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攪拌摩擦焊在線測試系統(tǒng)，其特征是所述的測力八角環(huán) (1-1)的數(shù)量為兩個，它對稱安裝在底座(1-4)相對的兩側(cè)邊上，每個測力八角環(huán)(1-1)上 均設(shè)有一個亞鈴狀水平通孔(1-6 )。
全文摘要
一種攪拌摩擦焊在線測試系統(tǒng)，包括信號感應(yīng)平臺，信號調(diào)理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)三個部分，其特征是信號感應(yīng)平臺是以測力八角環(huán)為機體，將振動傳感器和溫度傳感器分別固定在機體之上，集多傳感器于一體；信號調(diào)理系統(tǒng)具有能同時處理多路不同電壓信號的功能，本發(fā)明將采集到的電信號進行放大，濾波，補償以供采集系統(tǒng)采集；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是自行開發(fā)的集數(shù)據(jù)采集，顯示和存儲為一體的系統(tǒng)。本發(fā)明集溫度檢測，三向力檢測，振動檢測為一體，實現(xiàn)了攪拌摩擦焊重要參數(shù)的同步在線測試，其測試準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便和成本低等優(yōu)點。
文檔編號G01H1/00GK101929892SQ20101029130
公開日2010年12月29日 申請日期2010年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月26日
發(fā)明者左敦穩(wěn), 汪洪峰, 王吉勝, 董學(xué)偉, 邵定林, 黎向鋒 申請人:南京航空航天大學(xué)