[发明专利]探头自适应调整的薄壁件在机超声测厚方法

摘要

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。

主权项

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，fs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。