[发明专利]探头自适应调整的薄壁件在机超声测厚方法

说明书

本发明探头自适应调整的薄壁件在机超声测厚方法属于超声检测技术领域，涉及一种探头自适应调整的薄壁件在机超声测厚方法。测厚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，根据工件上下表面超声回波的时间差与超声传播速度，计算出被测工件当前测点的厚度。该方法能够根据被测工件的局部面形自动调整探头的角度与位置，达到理想的法向吻合状态，具有自适应能力强、角度调整范围宽、测量精度高，能够实时在机自动测厚，测量效率高、稳定性好。

技术领域

本发明属于超声检测技术领域，涉及一种探头自适应调整的薄壁件在机超声测厚方法。

背景技术

薄壁零件是航空航天领域重大装备上的典型件，如火箭燃料贮箱壁板、飞机蒙皮等，其加工后的零件剩余壁厚须满足等壁厚或按一定规律变壁厚的加工要求，且剩余壁厚往往是该类零件加工的核心要求。为保证最终加工完的零件满足剩余壁厚要求，需测量获得相应的壁厚数据，以及完成零件的加工质量评估。由于零件刚性相对较低，且加工中的变形不可忽略，这就要求在零件加工过程中亦需要检测零件壁厚，反馈给加工工艺系统，进行刀位点处厚度误差的精确补偿。然而，这类零件尺寸较大、面形较为复杂，给厚度测量效率和精度提出了更高的要求。为此，壁厚高效高精检测已成为制约薄壁零件加工亟待突破的关键难题之一。目前，薄壁零件超声测厚，多采用人工手持测量方法，该方法测量结果的一致性和稳定性较差、人工劳动强度大，测量效率低。将测厚传感器集成至数控机床上，实现厚度的在机测量，充分发挥大范围高速运动、高精度定位、多自由度位姿自动调整等优势，为探寻一种薄壁零件高效高精超声测厚方法及装置提供了可行的方案。然而，如何保证超声探头与被测点处法矢的自适应吻合，是实现曲面零件在机测厚的瓶颈技术难题。

2013年史密斯等人在发明专利“超声波测量”,CN103380386A中公开了一种超声波测量方法，而该方法无法实现在机测量。2013年黄云等人在发明专利“管材部分液浸自动超声波壁厚测量机构及测量方法”,CN103148814A中公开了一种管材部分液浸自动超声波壁厚测量机构及测量方法，通过气缸控制测量装置运动，对核燃料管坯件进行壁厚自动测量。该方法仅实现了圆柱件的自动测量，而对任意复杂面形的自适应能力较差。

国内外研究多集中于测厚精度保证、超声信号提取与计算、特定面形自动测厚等，尚未提及探头自适应调整的薄壁件在机超声测厚方法。

发明内容

本发明要解决的问题是克服现有方法的不足，针对超声探头难以与曲面被测点处的法向保持一致、超声检测回波不稳定、接收信号衰减大的难题，发明一种探头自适应调整的薄壁件在机超声测厚方法。该方法采用球轴结构作为运动机构，在机测量过程中，该结构能够在探头接触被测表面后，根据薄壁件的局部面形自动调整探头的角度与位置，达到理想的法向吻合状态，具有自适应能力强、角度调整范围宽、测量精度高、贴合紧密、响应迅速等优势。

本发明采用的技术方案是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；使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作为自适应调整机构；

球轴套9通过轴套螺钉16与底盘10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，将超声探头11安装在底盘10中，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