[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

本發明公開了一種基于超聲信號及力學信號的在機測厚系統，該在機測厚系統由測厚執行裝置、超聲信號采集模塊、力學信號采集模塊和數據處理器搭建構成；超聲信號采集模塊由信號纜線依次連接的超聲傳感器、超聲信號調控裝置和示波器組成；力學信號采集模塊由信號纜線依次連接的三維力傳感器和A/D采集卡組成；A/D采集卡和示波器均經信號纜線與數據處理器相連接；超聲傳感器和三維力傳感器均設置在測厚執行裝置上，測厚執行裝置安裝在數控機床上實現與數控裝備的在機集成，數據處理器與數控機床控制電信號相連接。本發明集成有力學及超聲傳感器，并能滿足超聲在機測厚中的傳感器位姿自動調整、彈性接觸緩沖、接觸感知與反饋以及耦合劑自動噴涂的功能。

技術領域

本發明屬于電子檢測設備領域，特別是應用在多軸聯動數控機床中或者是多自由度關節臂中，用于對目標零件進行快速測厚的一種在機測厚系統，具體地說是一種基于超聲信號及力學信號的在機測厚系統。

背景技術

以火箭貯箱壁板、火箭噴管、飛機蒙皮等為代表的大型薄壁件是航空航天重大裝備上的關鍵件，其加工剩余壁厚須滿足等壁厚或按一定規律變壁厚的加工要求。在機測量獲得零件毛坯壁厚或加工中的剩余壁厚分布狀態，是實施零件加工目標曲面再設計和壁厚誤差自動補償的核心工藝環節。然而，由于該類零件結構尺寸較大、整體面形復雜、待測點多，實現高效、精密在機測厚極其困難。

超聲波測厚儀是根據超聲波脈沖反射原理來進行厚度測量的，當超聲傳感器發射出的超聲波通過被測物體到達材料分界面時，脈沖被反射回超聲傳感器，通過精確測量超聲波在材料中的傳播時間來確定被測材料的厚度。凡能使超聲波以一恒定速率在其內部傳播的各種材料均可采用此原理。

在用超聲波法測量零件厚度時，傳感器與被測工件表面會有一個空氣層，該層空氣界面將使聲波反射而無法有效地傳入工件以達到檢測目的。所以在檢測時需要用到耦合劑來排除超聲傳感器與被測工件之間的空氣，使超聲波能夠有效地穿入工件達到檢測目的。所以為了避免超聲波在遇到空氣后的急劇衰減，排出超聲波傳感器和被測工件之間的空氣，采用耦合劑進行去除。

在實際生產過程中，大型薄壁件的超聲厚度檢測多為人工手持檢測，這種方法的檢測存在測量效率低、勞動強度大、結果一致性差等問題，因此其測量窘境亟待改善。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術現狀，而提供自動化程度高、省心省力，并且測量精度高，可實現測量與加工一體化的一種基于超聲信號及力學信號的在機測厚系統。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：

一種基于超聲信號及力學信號的在機測厚系統，該在機測厚系統由測厚執行裝置、超聲信號采集模塊、力學信號采集模塊和數據處理器搭建構成；超聲信號采集模塊由信號纜線依次連接的超聲傳感器、超聲信號調控裝置和示波器組成；力學信號采集模塊由信號纜線依次連接的三維力傳感器和A/D采集卡組成；A/D采集卡和示波器均經信號纜線與數據處理器相連接；超聲傳感器和三維力傳感器均設置在測厚執行裝置上，測厚執行裝置安裝在數控機床上實現與數控裝備的在機集成，數據處理器與數控機床控制電信號相連接。

為優化上述技術方案，采取的具體措施還包括：

上述的測厚執行裝置由轉接刀柄以及測力儀轉接板、第一預緊彈簧、觸發裝置、內部滑動裝置和位姿自動找正裝置組成；三維力傳感器通過螺栓組固定安裝在測力儀轉接板上，轉接刀柄固定安裝在三維力傳感器的上端面上，該轉接刀柄的上端面成型有用于使數控機床夾持的刀柄；觸發裝置包括有外部限位套，測力儀轉接板螺旋安裝在外部限位套的上端口中；內部滑動裝置包括有滑動套，滑動套的上部能上下滑動地套裝在外部限位套的下端口中，第一預緊彈簧位于外部限位套內，并且第一預緊彈簧套裝在滑動套的上端，該第一預緊彈簧的上端與測力儀轉接板相頂接，第一預緊彈簧的下端頂接在滑動套成型的限位凸臺上，所述的位姿自動找正裝置鉸鏈安裝在滑動套的下端，超聲傳感器安裝在位姿自動找正裝置中。