本發(fā)明涉及機械加工檢測領域，特別涉及一種基于紅外成像的切削溫度檢測裝置。

背景技術：

切削加工是機械制造中廣泛采用的一種方法，零件在機切削加工時會產生切削溫度，切削熱會分布到刀具、材料、切屑以及環(huán)境中，使刀具和工件迅速升溫，溫度過高會影響工件的加工質量、加劇刀具的磨損、影響刀具使用壽命等，甚至引起工件的熱變形。隨著數控機床、加工中心的推廣與應用，對零件的精度和加工質量要求越來越高，切屑力和切削熱對加工質量的影響引起了廣泛的關注。因此，切削溫度的檢測對提高工件加工質量、提高刀具壽命以及研究切削機理、刀具磨損機理以及材料變形機理都有重要意義。

目前機械加工過程中常規(guī)的溫度檢測方法有接觸式測量和非接觸式測量兩種。較普遍的接觸式溫度測量方式包括電阻式和熱電偶式，具有結構簡單，精度較高，操作方面等優(yōu)點，但不足之處在于影響被測物體溫度場分布，反應較慢，一些測量方式工藝復雜，如薄膜熱電偶，需要多點測量時布線復雜、應用不便。非接觸式測量紅外線測溫、ccd(高強度照相機)法、光導纖維測溫法等，其中紅外測溫法由于反應速度快、測溫范圍寬、遠近距離測量均可以及獲得溫度場分布等優(yōu)點，被廣泛應用到電力、鋼鐵、化工以及國防等領域。但是在使用紅外測溫儀測量切削溫度時，常規(guī)做法是操作人員手持測溫儀記錄切削溫度，受環(huán)境溫度、操作者操作穩(wěn)定性、距離以及機床防護罩干擾等多因素影響，造成測量誤差；另一方面，基于高精度的質量要求以及特種加工、高速切削等加工工藝要求，需實時獲得切削溫度，檢測數據的在線處理和實時反饋尤為重要。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于紅外成像的切削溫度檢測裝置，可采用紅外成像的方式采集切削加工過程中的圖像數據，并便于定位在數控機床上，以達到有效檢測數控機床加工時的切削溫度，提高零件加工質量的目的。

本發(fā)明的基于紅外成像的切削溫度檢測裝置，包括底座、機械手及紅外測溫儀；所述底座的底部設有用于磁性吸附金屬體的磁性底板，所述機械手連接在底座上，所述紅外測溫儀連接在機械手上并由機械手帶動在空間中移動。

進一步，所述磁性底板為電磁吸附式結構。

進一步，所述機械手包括從上往下依次連接的上臂、中臂和下臂，所述上臂與中臂通過轉動關節(jié)ⅰ單自由度轉動連接，所述中臂與下臂通過轉動關節(jié)ⅱ單自由度轉動連接，所述下臂連接于底座，所述紅外測溫儀連接在上臂遠離轉動關節(jié)ⅰ的一端。

進一步，所述下臂通過一回轉平臺與底座相連，所述回轉平臺與磁性底板平行設置，所述回轉平臺由固定于底座的回轉電機驅動而旋轉。

進一步，該裝置還包括驅動電機ⅰ、驅動電機ⅱ及驅動電機ⅲ；所述轉動關節(jié)ⅰ由驅動電機ⅰ驅動而旋轉，所述轉動關節(jié)ⅱ由驅動電機ⅱ驅動而旋轉；所述上臂通過軸承與轉動關節(jié)ⅰ相連，且所述上臂由驅動電機ⅲ驅動而自軸旋轉。

進一步，所述上臂為軸向伸縮式結構，該裝置還包括用于驅動上臂伸縮的氣動直線氣缸；所述紅外測溫儀隨上臂的伸縮而沿上臂軸向移動。

進一步，該裝置還包括一自動控制系統(tǒng)，所述自動控制系統(tǒng)包括處理控制器、距離傳感器、無線通信器及取電器；所述處理控制器分別與紅外測溫儀、回轉電機、驅動電機ⅰ、驅動電機ⅱ、驅動電機ⅲ、無線通信器及取電器相連；所述距離傳感器設在紅外測溫儀上，用于實時探測紅外測溫儀的測溫端頭與待檢測工件之間的平行距離；所述無線通信器設于底座，用于實現(xiàn)處理控制器與外置手持式終端的通信；所述取電器設于底座，用于與供電電源相連以實現(xiàn)各用電部件的電能供應。

進一步，所述供電電源包括太陽能光伏組件、mppt控制器、蓄電池及逆變器，所述太陽能光伏組件的輸出端與mppt控制器的輸入端相連，所述mppt控制器的輸出端與蓄電池的輸入端相連，所述蓄電池的輸出端與逆變器的輸入端相連，所述逆變器的輸出端與取電器的電力輸入端相連。

進一步，所述太陽能光伏組件括電池總成和用于固定電池總成的邊框，所述電池總成包括從上往下依次設置的前板玻璃、前層膠膜、電池片、后層膠膜和背板玻璃；所述前板玻璃和背板玻璃四周固定密封連接，所述前層膠膜、電池片及后層膠膜固定在由前板玻璃和背板玻璃形成的密封空間中。

進一步，所述邊框上一體成型有用于安裝mppt控制器、蓄電器及逆變器的電路盒。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的基于紅外成像的切削溫度檢測裝置，紅外測溫儀可采用紅外成像的方式采集切削加工過程中的圖像數據；底座設有磁性底板，使用時可將底座吸附在數控機床的金屬床身或立柱上，從而便于該裝置的定位，同時無需更改機床結構，降低了該裝置的應用成本；紅外測溫儀還可由機械手驅動而在空間中移動，適應待檢測工件的實際情況，達到了有效檢測數控機床加工時的切削溫度，提高了零件加工質量的目的。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述：

圖1為本發(fā)明的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明的自動控制系統(tǒng)的結構框圖；

圖3為本發(fā)明的太陽能光伏組件的結構示意圖。

具體實施方式

如圖1至圖3所示：本實施例的基于紅外成像的切削溫度檢測裝置，包括底座1、機械手及紅外測溫儀3；所述底座1的底部設有用于磁性吸附金屬體的磁性底板1a，所述機械手連接在底座1上，所述紅外測溫儀3連接在機械手上并由機械手帶動在空間中移動；底座1可由金屬制成，整體呈長方體結構；機械手可為現(xiàn)有常見的結構，具有一定的伸縮、折疊自由度，其連接底座1與紅外測溫儀3，使紅外測溫儀3相對固定；底板具有硬磁性(永久磁性)或者軟磁性(暫時磁性)，能夠與金屬件磁性相吸，便于底座1定位；紅外測溫儀3可為現(xiàn)有常見的結構，其工作原理則不再贅述；紅外測溫儀3可采用紅外成像的方式采集切削加工過程中的圖像數據；底座1設有磁性底板1a，使用時可將底座1吸附在數控機床的金屬床身或立柱上，從而便于該裝置的定位，同時無需更改機床結構，降低了該裝置的應用成本；紅外測溫儀3還可由機械手驅動而在空間中移動，適應待檢測工件的實際情況，達到了有效檢測數控機床加工時的切削溫度，提高了零件加工質量的目的。

本實施例中，所述磁性底板1a為電磁吸附式結構；磁性底板1a與一電磁機構相連，當電磁機構通電后，磁性底板1a即具有磁性，從而能夠吸附在機床上；當需要取下底座1時，只需斷開電磁機構的電路即可，提高了使用的便利性；電磁機構的電能可來自市電或者其它發(fā)電器。

本實施例中，所述機械手包括從上往下依次連接的上臂21、中臂22和下臂23，所述上臂21與中臂22通過轉動關節(jié)ⅰ24單自由度轉動連接，所述中臂22與下臂23通過轉動關節(jié)ⅱ25單自由度轉動連接，所述下臂23連接于底座1，所述紅外測溫儀3連接在上臂21遠離轉動關節(jié)ⅰ24的一端；在空間上，上臂21與下臂23具有垂直關系；轉動關節(jié)ⅰ24、轉動關節(jié)ⅱ25分別實現(xiàn)相應兩部件的鉸接；上臂21與中臂22之間的夾角可變，中臂22與下臂23之間的夾角也可變，兩夾角的改變相配合使得紅外測溫儀3處于空間上不同的位置，從而適應工件的檢測需求，通用性強且檢測準確度高。

本實施例中，所述下臂23通過一回轉平臺4與底座1相連，所述回轉平臺4與磁性底板1a平行設置，所述回轉平臺4由固定于底座1的回轉電機54驅動而旋轉；回轉電機54的輸出軸可通過渦輪蝸桿傳動機構與回轉平臺4相連；回轉平臺4旋轉帶動機械臂一同旋轉，在簡化機械臂結構、提高裝置緊湊性的前提下增大了紅外測溫儀3的移動自由度，從而滿足多種檢測要求，提高適用范圍。

本實施例中，該裝置還包括驅動電機ⅰ51、驅動電機ⅱ52及驅動電機ⅲ53；所述轉動關節(jié)ⅰ24由驅動電機ⅰ51驅動而旋轉，所述轉動關節(jié)ⅱ25由驅動電機ⅱ52驅動而旋轉；所述上臂21通過軸承26與轉動關節(jié)ⅰ24相連，且所述上臂21由驅動電機ⅲ53驅動而自軸旋轉；驅動電機ⅰ51啟動時，轉動關節(jié)ⅰ24動作，從而上臂21與中臂22之間的夾角可調；驅動電機ⅱ52啟動時，轉動關節(jié)ⅱ25動作，從而中臂22與下臂23之間的夾角可調；動電機ⅲ啟動時，上臂21自軸旋轉；紅外測溫儀3可通過螺接方式連接在上臂21末端；各電機之間相互配合，使得紅外測溫儀3得到精確的移動，其測量精度高；同時，所述上臂21優(yōu)選為軸向伸縮式結構，該裝置還包括用于驅動上臂21伸縮的氣動直線氣缸6，上臂21與氣動直線氣缸6的活塞桿相連，活塞桿的直線伸縮帶動上臂21伸縮；所述紅外測溫儀3則隨上臂21的伸縮而沿上臂21軸向移動；實現(xiàn)紅外測溫儀3的多方位調節(jié)。

本實施例中，該裝置還包括一自動控制系統(tǒng)，所述自動控制系統(tǒng)包括處理控制器71、距離傳感器72、無線通信器73及取電器74；所述處理控制器71分別與紅外測溫儀3、回轉電機54、驅動電機ⅰ51、驅動電機ⅱ52、驅動電機ⅲ53、無線通信器73及取電器74相連；所述距離傳感器72設在紅外測溫儀3上，用于實時探測紅外測溫儀3的測溫端頭與待檢測工件之間的平行距離；所述無線通信器73設于底座1，用于實現(xiàn)處理控制器71與外置手持式終端75的通信；所述取電器74設于底座1，用于與供電電源相連以實現(xiàn)各用電部件的電能供應；距離傳感器72可為超聲波測距式結構，不僅能夠測量距離，而且還能夠保證紅外測溫儀3的測溫端頭與待檢測工件保持水平，提高檢測的可靠性；處理控制器71為單片機，其具有數據處理和信號控制的功能，接收紅外測溫儀3及距離傳感器72的相關信息，通過無線通信器73將信息傳至外置手持式終端75，操作者通過外置手持式終端75即可實現(xiàn)遠程控制；處理控制器71、無線通信器73及取電器74通過一盒體9設在底座1上；取電器74可與市電或者其它發(fā)電器相連。

例如，利用本裝置的檢測可通過以下步驟實現(xiàn)：

步驟一：數據庫建立；利用兩點定標法校正紅外成像的非均勻性，建立溫度與圖像灰度數據庫；建立材料發(fā)射率、環(huán)境溫度以及距離與溫度關系數據庫。

步驟二：位姿調整；接通電源和氣源，將底座1固定數控機床床身或立柱上，通電吸附；通過外置手持式終端75調整各執(zhí)行機構(包括回轉電機54、驅動電機ⅰ51、驅動電機ⅱ52及驅動電機ⅲ53)，使紅外測溫儀3的測溫端頭中心線與待檢測工件保持水平。

步驟三：調用數據庫，系統(tǒng)修正；測定加工材料屬性，查找數據庫，確定發(fā)射率系數和修訂系數；檢測環(huán)境溫度，確定溫度修正系數；確定非線性校正系數；確定距離修正系數；根據參數對紅外測溫成像系統(tǒng)進行校正。

步驟四：溫度采集；啟動切削加工，略微調整紅外測溫儀3姿態(tài)，使測溫儀圖像最佳。

步驟五：將步驟四采集的數據收集到處理控制器71進行處理，并由無線通信器73發(fā)送。

步驟六：溫度顯示；接收步驟五發(fā)送的數據，調用數據庫，擬合灰度圖像，得到溫度數值并顯示。

步驟七：自動修正。隨切環(huán)境溫度、材料表面質量、測試距離、工件溫度等因素變化，對測溫系統(tǒng)數據處理模塊進行二次校正，減少測量誤差。

本實施例中，所述供電電源包括太陽能光伏組件81、mppt控制器82、蓄電池83及逆變器84，所述太陽能光伏組件81的輸出端與mppt控制器82的輸入端相連，所述mppt控制器82的輸出端與蓄電池83的輸入端相連，所述蓄電池83的輸出端與逆變器84的輸入端相連，所述逆變器84的輸出端與取電器74的電力輸入端相連；太陽能光伏組件81、mppt控制器82可設在室外，其通過導線與其它部件相連接；太陽能光伏組件81可將光能轉化為電能并儲存在蓄電池83中，逆變器84則把產生的直流電能轉變成交流電并輸出供本裝置的用電部件使用，有利于節(jié)能環(huán)保的實現(xiàn)；而且，mppt控制器82可對光伏陣列中的最大功率點進行跟蹤，獲取最大功率點的方案，使供電電源始終輸出最大功率，從而提高太陽能利用率。

本實施例中，所述太陽能光伏組件81括電池總成和用于固定電池總成的邊框812，所述電池總成包括從上往下依次設置的前板玻璃81a、前層膠膜81b、電池片81c、后層膠膜81d和背板玻璃81e；所述前板玻璃81a和背板玻璃81e四周固定密封連接，所述前層膠膜81b、電池片81c及后層膠膜81d固定在由前板玻璃81a和背板玻璃81e形成的密封空間中；由于前板玻璃81a和背板玻璃81e四周固定密封連接，可提高電池總成封裝的密封性和可靠性，最大限度地延緩封裝材料的老化；前板玻璃81a、背板玻璃81e為鋼化玻璃結構；前層膠膜81b和后層膠膜81d則均為熔點大于80℃的eva膠膜；邊框812包括均采用金屬材料制成的上橫擋邊、中橫擋邊、下橫擋板、側板和封板，所述上橫擋邊、中橫擋邊、下橫擋板從上往下依次與側板連接，中橫擋邊與上橫擋邊相對的一側的末端設置有導流面，導流面與水平方向呈負角，導流面的長度為4mm～8mm，所述導流面與水平方向的夾角為-3°～-6°；上橫擋邊遠離側板的一端向下延伸形成防溢凸塊，向下即朝向中橫擋邊的方向，裝配時，防溢凸塊與前板玻璃81a緊密接觸，有效防止膠體的溢出，增強了結合能力。

本實施例中，所述邊框上一體成型有用于安裝mppt控制器82、蓄電器及逆變器84的電路盒85；邊框例如可為鋁制結構；采用該結構，mppt控制器82、蓄電池83、逆變器84能與太陽能電池組件整體式設置，在太陽能電池組件上即可實現(xiàn)電能儲存及轉換的功能，使用時無需另行搬運和接線，利于電力裝置的小型化和家用化；逆變器84優(yōu)選為gan太陽能逆變器84結構。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。