[发明专利]基于电磁感应原理的多用超声工作态振幅测量方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于电磁感应原理的多用超声工作态振幅测量方法及装置，其变幅器的中部环绕有内线圈和外线圈，所述外线圈通过支架固定，夹紧支臂的水平段夹持被测量的所述工具头，所述夹紧支臂的竖直段下端的导体棒位于永磁体中，所述永磁体、内线圈和刀柄通过保持架固定在一起，使工具头、夹紧支臂、导体棒、永磁铁，内线圈与刀柄一同随主轴同步旋转；内线圈两端接线口与金属导轨上端由连接线相连，用导线连接外线圈、放大电路、示波器。本发明超声加工频率较高，当振动频率为23kHz，工具头振幅为10μm，工具头最大振动速度可达1.45m/s，以该速度在磁场中运动，所得电压及电流信号极易测量，微弱的机械振动通过电信号放大，极大地减小了测量误差。

技术领域：

本发明涉及一种超声振动加工机械领域，特别是涉及一种基于电磁感应原理的多用超声工作态振幅测量方法及装置。

背景技术：

超声辅助加工近年来在加工领域飞速发展，加工效果显著。超声振幅是超声辅助加工过程中的重要参数，直接影响加工效果和加工效率，通多对振幅的测量亦可推测超声电源、换能器和变幅杆的匹配情况，故超声振幅是超声系统设计、实际加工中的重要参数和指标。

当前测量振幅的方法繁多，却只能在仅施加超声激励但没有工作的状态下进行测量，以该状态下的测量值代替工作时的真实动态振幅。在实际加工过程中由于刀柄的装夹、频率漂移、温度变化、主轴高速旋转、机床的振动和施加负载的不同等多种加工因素的影响，使得下测得的振幅与实际工作时的振幅并不相等，而影响加工质量的因素是实际工作时的振幅，即使传统测量方法无误差，也无法保证实际加工时的振幅与测量值相等，故传统测量方法不利于准确表征加工参数。若能摆脱上述干扰因素的影响，在工作状态下测得振幅，将会极大地减小测量误差，进一步准确表征加工质量与加工参数的关系，对超声辅助加工的发展具有重要意义。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、采用无线传输、既避免了接触摩擦、也提高了测量精度、还延长了设备使用寿命的基于电磁感应原理的多用超声工作态振幅测量方法及装置。

本发明的技术方案是：

一种基于电磁感应原理的多用超声工作态振幅测量方法，包括以下步骤：

（1）将变幅器的上端安装到刀柄内，在变幅器的下端安装工具头，变幅器的中部环绕有内线圈和外线圈，外线圈通过支架固定，夹紧支臂的水平段夹持被测量的工具头，夹紧支臂的竖直段下端的导体棒位于永磁体中，永磁体、内线圈和刀柄通过保持架固定在一起，使工具头、夹紧支臂、导体棒、永磁铁，内线圈与刀柄一同随主轴同步旋转；

（2）调节保持架位置，使导体棒位于永磁铁均匀磁场处，夹紧支臂的竖直段的两个金属导轨上端不在磁场内，调节外线圈位置，使内线圈、外线圈同轴；

（3）内线圈两端接线口与金属导轨上端由连接线相连，用导线连接外线圈、放大电路、示波器；

（4）接通超声振动系统电源，加工稳定时，测量计算结果：动生电动势E₁=BLV，永磁铁的磁感应强度B及导体棒长度L一定，电动势E₁与超声频率下的振动速度成正比，内外线圈互感E₂=ΨE₁，Ψ由内外线圈的相对位置及匝数唯一确定，由示波器输出放大k倍后kE₂的电压波形，可知导体棒切割磁感线的速度V的变化规律，取n个周期时间内速度的绝对值进行积分计算，计算平均值为a，即得工具头的振幅为a/2。

所述夹紧支臂包括水平段和竖直段，呈L型，水平段由两条绝缘导轨组成，竖直段为金属导轨，水平段左端通过夹头夹紧工具头，竖直段为两个金属导轨，其下端连接导体棒。

所述保持架与夹紧支臂在主轴高速旋转下，刚度能达到使用要求；所述金属导轨、导体棒、永磁铁外设置有外壳，以防止切削液对测量产生影响，且永磁铁最下端距离工具头工作面足够远。