[实用新型]超声扭转振动测量装置

说明书

技术领域

本实用新型属于超声振动加工技术领域，尤其涉及超声扭转振动测量装置及其测量方法。

背景技术

超声扭转振动加工中扭转角度及扭转振幅的大小，作为超声振动加工的关键参数，由于扭转振动的角度较小，且频率过高等特点，其相关数据的测量等更为困难。迄今一直未有一个针对超声扭转振动较为完整的测量及评价方法。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有技术中的不足之处，提供一种超声扭转振动测量装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：超声扭转振动测量装置，包括超声电源、变幅杆、计算机、显示器、第一支架、第二支架和第三支架，第一支架上设置有换能器，换能器的上端通过双头螺栓与变幅杆的下端连接，变幅杆的上端连接有标准刀杆；第二支架上设置有激光位移传感器云台，激光位移传感器云台上设置有激光位移传感器，激光位移传感器通过第一电缆与计算机连接，第三支架上设置有高清摄像头，高清摄像头通过第二电缆与显示器连接； 超声电源通过电源线与换能器连接；

标准刀杆、变幅杆和换能器的中心线重合且该中心线沿垂直方向设置，标准刀杆的作业端朝上设置，标准刀杆上端部采用线切割工艺沿径向方向切割为平面结构，激光位移传感器和高清摄像头的测量端均朝向标准刀杆的平面结构。

换能器包括换能器本体，换能器本体上自上而下依次设置有四层压电陶瓷片，换能器本体下端通过预紧螺栓压紧四层压电陶瓷片，压电陶瓷片外侧连接有电极片，电极片与所述的电源线连接，换能器本体上侧部开设有下扳手卡槽；

变幅杆包括自下而上依次设置的下圆柱段、中圆锥段和上圆柱段，下圆柱段的外径等于中圆锥段下端的外径，中圆锥段上端的外径等于上圆柱段的外径，中圆锥段呈下粗上细的结构，下圆柱段侧部开设有上扳手卡槽，中圆锥段沿圆周方向均匀开设四个可使纵振转换为扭转复合振动的螺旋槽，每个螺旋槽均沿轴向呈螺旋布置。

中圆锥段和上圆柱段由上端向下沿轴线开设有圆柱槽，圆柱槽内注入有配重液体，圆柱槽内设置有封堵并密封配重液体的橡胶塞和密封圈；圆柱槽的下端口处为喇叭口结构，标准刀杆下端通过弹性夹头装配在喇叭口结构内，上圆柱段上端螺纹连接有套在标准刀杆外的压紧螺母。

超声扭转振动测量装置的测量方法，包括以下步骤，

（1）、标准刀杆采用高速钢立铣刀，先对标准刀杆进行线切割加工，使用线切割装置对标准刀杆的作业端沿径向方向进行切割，在标准刀杆径向方向形成一个平面，多切割后的平面进行打磨；将刀杆的端面打磨成所述的平面结构；然后标准刀杆的下端通过ER弹性夹头夹装后插入到喇叭口结构内，使用压紧螺母螺纹连接到上圆柱段上端对ER弹性夹头进行定位；

（2）、借助高清摄像头对标准刀杆上端平面结构的一条半径等分，即划分多个测定点：通过显示器观察，将激光位移传感器的激光束集中在标准刀杆的轴线部位，量取每个测定点位置处的刀杆半径，等分后操控激光位移传感器云台将激光位移传感器发射的激光束分别定位在这几个测定点上，分别对每个测定点进行测量；

（3）、为保证测定数据的稳定性，且超声振动产生的热量会使超声振子产生损耗，本测量装置启动10分钟，稳定后进行振幅测定：每隔五分钟进行一次测量，测量3次，连续测定多个测定点的振幅，将3次测定的振幅平均；

（4）、扭转幅度的计算：最外侧的测定点位于标准刀杆半径的边缘处，标准刀杆扭转振动时，激光位移传感器发射的激光有段时间没有集中在铣刀上，传感器接收不到反射引号，造成振幅测量的波动较大，故利用其他测定点的数据，以测定点与刀杆轴线的距离作为横坐标，以该测定点的扭转振幅大小为纵坐标，拟合超声扭转振动幅度函数曲线，由该函数曲线计算刀杆上任意一点的扭转角度及扭转振幅；

（5）、采用以下公式计算测定点计算扭转角度：

∠A是该超声扭转振动的扭转角，f为测定点的扭转振动的振幅，d是测定点距离刀杆轴线的距离；

扭转幅度函数曲线的斜率K可近似看作扭转振动的扭转角A的正切值，在标准刀杆最外侧的测定点的振幅出现了偏差，故在该测定点的扭转振幅可近似通过拟合的函数曲线进行计算。