[发明专利]探头自适应调整的薄壁件在机超声测厚方法

权利要求书

1.一种探头自适应调整的薄壁件在机超声测厚方法，其特征是，方法中采用球轴机构作为自适应调整机构；利用耦合剂喷射机构为超声测厚提供稳定的耦合液面；为减小测厚冲击，提高接触稳定性，采用弹簧作为弹性缓冲器；采用限位开关检测装置接触状态，保证测厚过程安全；采用基于声时差的厚度计算方法，根据薄壁件上下表面超声回波的时间差与超声传播速度，计算出薄壁件当前测点的厚度；测厚方法的具体步骤如下：

第一步安装球轴机构

球轴套(9)通过轴套螺钉(16)与底盘(10)固定连接，球轴柱(8)与球轴套(9)通过各自的球面轮廓铰接配合，构成一个能够实现多自由度旋转的球轴机构，球轴柱(8)的另一端通过螺钉(5)与导向块(6)连接；超声探头(11)安装在底盘(10)中，将超声探头(11)表面与底盘(10)底面调节平行后，用定位螺钉(17)将超声探头(11)紧定；

第二步安装弹性缓冲器和耦合剂喷射机构

用弹簧(4)作为弹性缓冲器，弹簧(4)安装在导向块(6)上面，两者均装在筒体(3)内腔中，通过4个封盖螺钉(2)将上封盖(1)、下封盖(7)和筒体(3)固定在一起；耦合剂喷射机构采用倾斜入射方式，耦合剂通过软管(12)经沿底盘(10)均匀分布的喷射管道(a)喷射到测量间隙，为超声测厚提供稳定的耦合液面；通过保持架螺钉(14)把保持架(13)固定在筒体(3)上，将软管(12)上端连接在保持架(13)的弹性卡槽中，并与耦合剂喷射机构连接；将涂有密封胶的软管(12)另一端插到喷射管道(a)的入口，软管(12)下端与底盘(10)上的喷射管道(a)过盈连接，靠密封胶将配合区域密封；底盘上沿中心轴线均匀分布有三条喷射管道，喷射管道入口位于底盘(10)侧壁，出口位于底盘(10)底部，并紧邻超声探头(11)；将限位开关(15)用高强度胶粘贴在上封盖(1)的末端中心；

第三步将测量装置安装到机床上

上述零件组装完成后，构成测量装置；将测量装置中的上封盖(1)上端刀柄部分安装在机床主轴(18)上，将安装在上封盖(1)上的限位开关电缆线(b)连接到数控系统PLC接口，将安装在底盘(10)上的超声探头电缆线(c)连接到数据采集超声专用板卡上，将工件(19)装到机床工作台(20)上，由连接在机床工作台(20)上的4组夹持组件(21)压紧固定；

第四步在机喷水测量，并计算出工件(19)当前测点的厚度

对装夹完毕后的工件(19)曲面进行超声在机喷水测量,超声探头(11)按照数控机床程序指定的路径运动到被测点上方，以一定的进给速度沿Z轴方向接近工件(19)；此时,耦合剂喷射机构开始工作，耦合剂沿底盘(10)喷出；与超声探头(11)连接的外部数据采集系统自动开始采集超声数据，超声探头(11)继续沿Z轴方向进给，待超声探头(11)表面与工件(19)表面充分接触，两者表面法线方向高度重合后，接触达到稳定状态；筒体(3)内的导向块(6)向上滑动并压缩弹簧(4)，待与导向块(6)连接的螺钉(5)触发限位开关(15)，数控系统接收到限位状态信号，主轴停止向下运动，数据采集通道关闭，耦合液停止喷射，测量装置按照数控指令沿机床Z轴方向离开工件(19)，然后运动到下一个测量点的上方，重复以上超声在机喷水测量步骤，直至数控程序中指定测量点的测量工作全部完成；

测量时，数据采集采用集超声波发射、接收及控制于一体的数据采集超声专用板卡，上位机PC作为控制核心，有接口与数控机床连接，每个测点数据采集完成后，上位机PC自动将采集到的数据使用基于声时差的厚度计算方法，根据工件(19)上下表面超声回波的时间差与超声传播速度，计算出工件(19)当前测点的厚度h；

式中，f_s为采样频率，v为超声波在工件(19)中的传播速度，n为回波信号中两相邻波峰之间采样点个数。