[發明專利]一種基于超聲信號及力學信號的在機測厚系統

有效

• 申請號: 201911219790.1
• 申請日: 2019-12-03
• 公開（公告）號: CN110919460B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 趙正彩;李堯;傅玉燦;孫晨豪;丁大偉;徐九華
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B23Q17/20
• 分類號: B23Q17/20
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 王磊

1.一種基于超聲信號及力學信號的在機測厚系統，所述的在機測厚系統由測厚執行裝置(1)、超聲信號采集模塊、力學信號采集模塊和數據處理器(4)搭建構成；所述的超聲信號采集模塊由信號纜線(X)依次連接的超聲傳感器(21)、超聲信號調控裝置(22)和示波器(23)組成；所述的力學信號采集模塊由信號纜線(X)依次連接的三維力傳感器(31)和A/D采集卡(33)組成；所述的A/D采集卡(33)和示波器(23)均經信號纜線(X)與數據處理器(4)相連接；所述的超聲傳感器(21)和三維力傳感器(31)均設置在測厚執行裝置(1)上；所述的測厚執行裝置(1)由轉接刀柄(11)以及測力儀轉接板(12)、第一預緊彈簧(13)、觸發裝置(14)、內部滑動裝置(15)和位姿自動找正裝置(16)組成；所述的超聲傳感器(21)安裝在位姿自動找正裝置(16)中；其特征是：所述的測厚執行裝置(1)安裝在數控機床上實現與數控裝備的在機集成，所述的數據處理器(4)與數控機床控制電信號相連接；

所述的三維力傳感器(31)通過螺栓組固定安裝在測力儀轉接板(12)上，所述的轉接刀柄(11)固定安裝在三維力傳感器(31)的上端面上，該轉接刀柄(11)的上端面成型有用于使數控機床夾持的刀柄(111)；所述的觸發裝置(14)包括有外部限位套(141)，所述的測力儀轉接板(12)螺旋安裝在外部限位套(141)的上端口中；所述的內部滑動裝置(15)包括有滑動套(151)，所述的滑動套(151)的上部能上下滑動地套裝在外部限位套(141)的下端口中，所述的第一預緊彈簧(13)位于外部限位套(141)內，并且第一預緊彈簧(13)套裝在滑動套(151)的上端，該第一預緊彈簧(13)的上端與測力儀轉接板(12)相頂接，第一預緊彈簧(13)的下端頂接在滑動套(151)成型的限位凸臺(T)上，第一預緊彈簧(13)對滑動套(151)起到了一個預緊的作用，從而使滑動套(151)在測厚過程中當受力后能相對地上下移動，保證位姿自動找正裝置(16)有一定的彈性緩沖；所述的位姿自動找正裝置(16)鉸鏈安裝在滑動套(151)的下端；

所述的位姿自動找正裝置(16)由球鉸鏈轉向軸(161)、前端緩沖限位套(162)、第二預緊彈簧(163)和找正限位套(164)組成；所述的球鉸鏈轉向軸(161)與前端緩沖限位套(162)的上套口液密封固定相套裝，該球鉸鏈轉向軸(161)的上端延伸出前端緩沖限位套(162)的上套口，并且球鉸鏈轉向軸(161)的上端成型有用于與滑動套(151)鉸鏈安裝的球頭，所述的找正限位套(164)的上端軸向滑動地套裝在前端緩沖限位套(162)的下套口中，所述的第二預緊彈簧(163)位于前端緩沖限位套(162)中且套裝在球鉸鏈轉向軸(161)上，該第二預緊彈簧(163)的上端與球鉸鏈轉向軸(161)成型的圓環凸臺(U)相頂接，第二預緊彈簧(163)的下端與找正限位套(164)的上端環形面頂壓相配合，所述的超聲傳感器(21)安裝在球鉸鏈轉向軸(161)的底面且位于找正限位套(164)的套腔中；第二預緊彈簧(163)同理起到預緊的作用，當找正限位套(164)受力時，能通過壓縮第二預緊彈簧(163)沿前端緩沖限位套(162)的空心滑套腔向上移動，來達到一個緩沖的目的；第一預緊彈簧(13)和第二預緊彈簧(163)兩道預緊彈簧構成了二級緩沖結構，能使位姿自動找正裝置(16)的整個找正位姿狀態都屬于柔性接觸；

所述的找正限位套(164)的下端成型有四個通過接觸待測薄壁(C)的表面使位姿自動找正裝置(16)自主找正位姿的找正觸爪(165)，四個所述的找正觸爪(165)在找正限位套(164)的下端呈花瓣狀均勻分布；所述的找正限位套(164)上開有徑向設置的耦合劑進液口(K)和帶有密封圈的引線孔，所述的引線孔中引出有與超聲傳感器(21)相連的信號纜線(X)，所述的耦合劑進液口(K)配裝有耦合劑進液管(G)；

所述的觸發裝置(14)包括上述的外部限位套(141)以及磁性接近開關(142)和開關安裝座(143)；所述的開關安裝座(143)固定安裝在外部限位套(141)的外壁上，所述的磁性接近開關(142)固定在開關安裝座(143)上；所述的內部滑動裝置(15)包括上述的滑動套(151)以及能隨滑動套(151)上下同步移動的隨動螺釘(152)；所述的滑動套(151)的限位凸臺(T)的周面上開有徑向延伸的隨動螺釘安裝孔，所述的隨動螺釘(152)螺旋安裝在隨動螺釘安裝孔上；

所述的外部限位套(141)上在位于安裝開關安裝座(143)的下方開有軸向延伸的U型滑槽(H)，所述的隨動螺釘(152)由外部限位套(141)的內部延伸出U型滑槽(H)并與U型滑槽(H)滑動相配合；所述的磁性接近開關(142)與隨動螺釘(152)感應觸發相配合，該磁性接近開關(142)感應隨動螺釘(152)產生的電信號經信號纜線(X)與數據處理器(4)相連接；當隨動螺釘(152)到達預定距離后觸發磁性接近開關(142)時，磁性接近開關(142)會向數據處理器(4)發送電信號，數據處理器(4)就會通過電信號控制耦合劑進液裝置通過耦合劑進液管(G)將耦合劑注入由待測薄壁(C)、找正限位套(164)、前端緩沖限位套(162)形成的空腔中，以排除超聲傳感器(21)與待測薄壁(C)間的空氣，保證超聲波能夠有效地穿入工件達到精確檢測目的。