[實用新型]超聲扭轉振動測量裝置

有效

• 申請號: 201720233693.8
• 申請日: 2017-03-11
• 公開（公告）號: CN206578637U
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 殷森;王亮亮;石國宏;呂曉峰;李沖;李瑜
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: B23Q17/12
• 分類號: B23Q17/12;B23Q17/09;B23Q17/24
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙)41131
• 代理人: 朱俊峰

技術領域

本實用新型屬于超聲振動加工技術領域，尤其涉及超聲扭轉振動測量裝置及其測量方法。

背景技術

超聲扭轉振動加工中扭轉角度及扭轉振幅的大小，作為超聲振動加工的關鍵參數，由于扭轉振動的角度較小，且頻率過高等特點，其相關數據的測量等更為困難。迄今一直未有一個針對超聲扭轉振動較為完整的測量及評價方法。

實用新型內容

本實用新型為了解決現有技術中的不足之處，提供一種超聲扭轉振動測量裝置。

為解決上述技術問題，本實用新型采用如下技術方案：超聲扭轉振動測量裝置，包括超聲電源、變幅桿、計算機、顯示器、第一支架、第二支架和第三支架，第一支架上設置有換能器，換能器的上端通過雙頭螺栓與變幅桿的下端連接，變幅桿的上端連接有標準刀桿；第二支架上設置有激光位移傳感器云臺，激光位移傳感器云臺上設置有激光位移傳感器，激光位移傳感器通過第一電纜與計算機連接，第三支架上設置有高清攝像頭，高清攝像頭通過第二電纜與顯示器連接； 超聲電源通過電源線與換能器連接；

標準刀桿、變幅桿和換能器的中心線重合且該中心線沿垂直方向設置，標準刀桿的作業端朝上設置，標準刀桿上端部采用線切割工藝沿徑向方向切割為平面結構，激光位移傳感器和高清攝像頭的測量端均朝向標準刀桿的平面結構。

換能器包括換能器本體，換能器本體上自上而下依次設置有四層壓電陶瓷片，換能器本體下端通過預緊螺栓壓緊四層壓電陶瓷片，壓電陶瓷片外側連接有電極片，電極片與所述的電源線連接，換能器本體上側部開設有下扳手卡槽；

變幅桿包括自下而上依次設置的下圓柱段、中圓錐段和上圓柱段，下圓柱段的外徑等于中圓錐段下端的外徑，中圓錐段上端的外徑等于上圓柱段的外徑，中圓錐段呈下粗上細的結構，下圓柱段側部開設有上扳手卡槽，中圓錐段沿圓周方向均勻開設四個可使縱振轉換為扭轉復合振動的螺旋槽，每個螺旋槽均沿軸向呈螺旋布置。

中圓錐段和上圓柱段由上端向下沿軸線開設有圓柱槽，圓柱槽內注入有配重液體，圓柱槽內設置有封堵并密封配重液體的橡膠塞和密封圈；圓柱槽的下端口處為喇叭口結構，標準刀桿下端通過彈性夾頭裝配在喇叭口結構內，上圓柱段上端螺紋連接有套在標準刀桿外的壓緊螺母。

超聲扭轉振動測量裝置的測量方法，包括以下步驟，

（1）、標準刀桿采用高速鋼立銑刀，先對標準刀桿進行線切割加工，使用線切割裝置對標準刀桿的作業端沿徑向方向進行切割，在標準刀桿徑向方向形成一個平面，多切割后的平面進行打磨；將刀桿的端面打磨成所述的平面結構；然后標準刀桿的下端通過ER彈性夾頭夾裝后插入到喇叭口結構內，使用壓緊螺母螺紋連接到上圓柱段上端對ER彈性夾頭進行定位；

（2）、借助高清攝像頭對標準刀桿上端平面結構的一條半徑等分，即劃分多個測定點：通過顯示器觀察，將激光位移傳感器的激光束集中在標準刀桿的軸線部位，量取每個測定點位置處的刀桿半徑，等分后操控激光位移傳感器云臺將激光位移傳感器發射的激光束分別定位在這幾個測定點上，分別對每個測定點進行測量；

（3）、為保證測定數據的穩定性，且超聲振動產生的熱量會使超聲振子產生損耗，本測量裝置啟動10分鐘，穩定后進行振幅測定：每隔五分鐘進行一次測量，測量3次，連續測定多個測定點的振幅，將3次測定的振幅平均；

（4）、扭轉幅度的計算：最外側的測定點位于標準刀桿半徑的邊緣處，標準刀桿扭轉振動時，激光位移傳感器發射的激光有段時間沒有集中在銑刀上，傳感器接收不到反射引號，造成振幅測量的波動較大，故利用其他測定點的數據，以測定點與刀桿軸線的距離作為橫坐標，以該測定點的扭轉振幅大小為縱坐標，擬合超聲扭轉振動幅度函數曲線，由該函數曲線計算刀桿上任意一點的扭轉角度及扭轉振幅；

（5）、采用以下公式計算測定點計算扭轉角度：

∠A是該超聲扭轉振動的扭轉角，f為測定點的扭轉振動的振幅，d是測定點距離刀桿軸線的距離；

扭轉幅度函數曲線的斜率K可近似看作扭轉振動的扭轉角A的正切值，在標準刀桿最外側的測定點的振幅出現了偏差，故在該測定點的扭轉振幅可近似通過擬合的函數曲線進行計算。