一种可调节的电磁砝码及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种电磁砝码及使用方法，尤其是一种可调节的电磁砝码及其使用方法，属于复合材料结构件加工和检测技术领域。

背景技术

航空航天领域越来越多零件应用复合材料来实现轻量化，复合材料具有高的比强度和比模量，各向异性和可设计性等优势，但复合材料不同于金属材料，复合材料层压板由于各向异性和沿厚度方向的不连续性的特点，在承受面外载荷时会产生层间应力，严重时结构内部产生分层缺陷，导致结构强度降低甚至破坏。由于复合材料结构件制造工艺的复杂性，在零件成型和加工过程中不可避免的会产生变形，而复合材料结构最常见的面外载荷来自于因零件变形和间隙补偿不足产生的强迫装配。

为减少面外载荷影响，复合材料结构装配时严格禁止强迫装配，需要进行相应的间隙补偿以达到允许的间隙，间隙的许可值一般以施加40～50N能够消除为准。因此，在航空领域进行复合材料结构件的外形检查时一般允许在每300mm范围内施加或均布总和不超过45N的力，以保证更准确的检测结果，为判定零件是否合格并为装配工序提供型面数据。

目前在实际应用中，一般采用45N的砝码或沙袋，或者人工使用推力计对复合材料结构件进行加力外形测量。然而，航空结构件一般型面复杂，尺寸较大，在进行型面检测时，45N的砝码或沙袋时常难以放置，也因无法进行精细调节，容易导致复合材料结构件局部不可控的变形或翘曲，难以达到理想的检测姿态并获得准确的型面数据。而人工使用推力计的方式更易受到人员和数量的限制，并影响自动检测设备的使用，使用效果不理想。综上而言，目前复合材料型面检测采用的方法会导致检测效率低、检测结果不准确，难以满足检测需求，亟需进一步优化改进。

发明内容

为解决背景技术存在的不足，本发明提供一种可调节的电磁砝码及其使用方法，它便于放置定位并且能够精细调节压力变化，显著减少面外载荷对复合材料结构件的变形影响，操作便捷，检测精度高。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

一种可调节的电磁砝码，包括壳体、总控制单元、充电电池、电磁铁、压力传感器、示数显示器以及旋编按钮，所述壳体为底端开口的空心柱状结构，所述压力传感器外形为环形并同轴固定在壳体底端开口内侧，所述电磁铁外形为柱状并同轴放置在压力传感器上方，电磁铁底端中心设有凸起伸入电磁铁的中心孔内并与壳体底端面之间留有间隙，壳体内部固定有总控制单元及充电电池，所述充电电池作为电源进行供电，所述总控制单元连接电磁铁和压力传感器，总控制单元设置旋编按钮能够控制电流的通断和电流大小的调节，进而控制电磁铁的工作与否和产生的磁力大小，所述压力传感器的压力值通过示数显示器实时显示，所述示数显示器嵌入设置在壳体侧壁。

一种可调节的电磁砝码的使用方法，包括以下步骤：

步骤一：在钢制模具上放置复合材料零件，将电磁砝码放置在所述复合材料零件上；

步骤二：转动所述旋编按钮使所述总控制单元、所述电磁铁和所述压力传感器开始工作，电磁铁与所述钢制模具磁力吸附对复合材料零件施加压力，同时所述示数显示器实时显示压力值；

步骤三：继续转动旋编按钮调节电流大小控制电磁铁，结合示数显示器实时显示的压力值调整对复合材料零件施加压力的大小，直至满足压力需求。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明针对复合材料结构件外形检测，通过电磁铁与钢制模具配合对复合材料零件提供压力，受力均匀，设置压力传感器将压力值通过示数显示器实时显示，便于放置定位并且能够精细调节压力变化，显著减少面外载荷对复合材料结构件的变形影响，操作便捷效率高，避免人为标定误差，使检测结果更加精准，提高检测精度。

附图说明

图1是本发明的可调节的电磁砝码的结构示意图；

图2是本发明的可调节的电磁砝码的电路框图；

图3是本发明的电磁铁的磁力控制框图；

图4是本发明的可调节的电磁砝码进行检测使用时的状态图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～图3所示，一种可调节的电磁砝码，包括壳体1、总控制单元2、充电电池3、电磁铁4、压力传感器5、示数显示器6以及旋编按钮7。

所述壳体1采用不易被磁化的金属材料制成，其为底端开口的空心柱状结构用于装载其它构件，所述压力传感器5不易被磁化，其外形为环形并同轴固定在壳体1底端开口内侧，采集的压力信号通过示数显示器6显示便于检测过程中压力值的精确调控，所述电磁铁4外形为柱状并同轴放置在压力传感器5上方，此外，电磁铁4是带阶梯的，电磁铁4底端中心设有凸起伸入电磁铁4的中心孔内并与壳体1底端面之间留有间隙，电磁铁4台肩与压力传感器5内环边缘接触传递压力，电磁铁4底部略高于壳体1底端面，电磁铁4内部有电磁线圈通电后产生磁力与钢制模具10配合对二者中间的复合材料零件9施加压力，壳体1内部固定有总控制单元2及充电电池3，所述充电电池3作为电源进行供电，优选采用锂电池，并且在壳体1侧壁嵌入设置有与充电电池3连接的充电插口8进行充电作业，所述总控制单元2连接电磁铁4和压力传感器5，总控制单元2设置旋编按钮7能够控制电流的通断和电流大小的调节，进而控制电磁铁4的工作与否和产生的磁力大小，在一定范围内，电磁铁4产生的压力正比于通过电磁线圈的电流，通过总控制单元2的旋编按钮7对电流大小进行调节以控制电磁铁4产生磁力的大小，所述压力传感器5的压力值通过示数显示器6实时显示，所述示数显示器6嵌入设置在壳体1侧壁，通过电磁砝码代替传统砝码或沙袋，用于固定复合材料零件或调整复合材料零件的变形，以达到适合的装夹或检测姿态。

电磁铁4的磁力控制可通过总控制单元2利用M032LE3AE(LQFP-48)单片机检测旋编按钮7电路信号，判断占空比，输出信号通过电磁阀调节所需输出电压，进而控制电磁铁4产生的磁力大小，具体参照图3所示。

如图1～图4所示，一种可调节的电磁砝码的使用方法，包括以下步骤：

步骤一：在钢制模具10上放置复合材料零件9，将电磁砝码放置在所述复合材料零件9上，通过电磁砝码中电磁铁4产生磁力与钢制模具10配合对复合材料零件9进行装夹；

步骤二：转动所述旋编按钮7使所述总控制单元2、所述电磁铁4和所述压力传感器5开始工作，电磁铁4与所述钢制模具10磁力吸附对复合材料零件9施加压力，复合材料零件9在检测中所需压力为45N以下，同时所述示数显示器6实时显示压力值，实际压力值包括电磁铁4产生的磁力以及电磁砝码自身重力在垂直复合材料零件9表面的分力，通过压力传感器5精确测量实际的压力值；

步骤三：继续转动旋编按钮7调节电流大小控制电磁铁4，结合示数显示器6实时显示的压力值调整对复合材料零件9施加压力的大小，直至满足压力需求。

使用本发明的电磁砝码在检测过程中复合材料零件9底部无需加塞尺，复合材料零件9底部通过钢制模具10承托并且顶部放上电磁砝码，转动旋编按钮7调节电流大小控制电磁铁4产生的磁力大小，示数显示器6会根据磁力大小实时显示压力值，使用简单，避免人为操作传统砝码或沙袋导致的误差，并能够更好的保护复合材料零件9降低表面受损问题，避免复合材料零件9因间隙影响飞机疲劳强度和机体寿命。复合材料零件9检测中需施加45N以下的外力值，保证复合材料零件9与钢制模具10贴合，电磁砝码能够精确的调整所施加外力的大小，保证复合材料零件9与钢制模具10的贴合度，节省检测人工和检测工序，有效提高检测效率。传统检测利用的砝码或沙袋施力不均匀，且复合材料零件9的受力面不均匀，因面外力影响导致复合材料零件9局部变形，相应R角区域受到面外力影响会导致内部结构分层，造成损坏复合材料零件9内部结构的现象，本发明的电磁砝码施力均匀，保证复合材料零件9检测时的外力控制，提高检测精度。总体而言，对复合材料外形检测的质量控制、检测精度控制、检测效率、检测结果等多方便提供质量保证。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。