[發明專利]基于機械臂的超聲橢圓振動裝置測量系統及方法

在審

• 申請號: 202110301978.1
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN112964352A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 郭彤;李韶璇;宮虎;孫藝嘉
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;G01H13/00
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 陳娟

本發明提供一種基于機械臂的超聲橢圓振動裝置測量系統及方法，方法包括如下步驟：(1)通過機械臂完成激光干涉儀的粗定位；(2)利用爬山算法實現自動聚焦；(3)獲取超聲橢圓振動裝置的固有頻率；(4)分別獲取X、Y向的振動信號，并進行軌跡合成。本發明利用機械臂和激光干涉儀實現了自動化測量超聲橢圓振動裝置共振頻率與運動軌跡的測量，提高了測量效率和測量精度。

技術領域

本發明屬于光學測量領域，涉及激光干涉儀的測量技術，尤其是一種基于機械臂的超聲橢圓振動裝置測量系統及方法。

背景技術

超聲振動加工是將超聲波技術與普通加工技術相融合的新型加工方法。以超聲振動切削為例，通過施加超聲振動使刀具與工件實現周期性分離，從而有效的降低切削力和切削溫度，超聲振動切削已在軍工、航天等多個領域得到廣泛應用。而傳統的超聲振動切削一般采用單向振動方法，由刀尖的不斷往復振動帶來的高頻摩擦嚴重影響了工件表面質量，縮短了刀具的使用壽命。而目前的超聲橢圓振動切削裝置通過刀具在兩個正交方向產生橢圓振動軌跡，有效避免了高頻摩擦的出現，改善了工件表面質量，延長了刀具使用壽命。在超聲橢圓振動裝置中，通過改變激勵裝置的電壓和相位同時配合工件本身的固有頻率進而實現橢圓軌跡的形成和調整，而橢圓軌跡對超聲振動有著至關重要的意義。因此通過測量獲得超聲橢圓振動裝置在使用過程中準確的運動軌跡以及工件的固有頻率對裝置的設計與改進尤為重要。

目前測量系統主要是固定在工作臺上，通過手動調整完成聚焦和測量，而手動聚焦存在光路調整復雜的問題，本發明中將激光干涉儀固定在機械臂末端，通過機械臂的運動完成聚焦與測量，實現了自動化測量。目前測量工件諧振頻率的方法主要通過阻抗儀測得，而阻抗儀所測得的諧振頻率與真實振動過程中的固有頻率仍有一定差距。而在本發明中采用掃頻的方式完成諧振頻率的測量，可以快速、準確的獲得工件不同表面的諧振頻率。目前對超聲橢圓振動裝置的軌跡測量中大多采用雙測頭的測量方法，即利用兩個激光干涉儀對工件的X、Y向同時進行測量，進而進行軌跡合成，由于需要同時調整兩個激光干涉儀，因此存在成本較高，光路調整較為困難的問題。針對目前的單向激勵超聲橢圓振動裝置，本發明使用單測頭對X、Y向分別進行測量，這種測量方法具有操作簡單、測量成本低的優點。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種自動化測量超聲橢圓振動裝置共振頻率與運動軌跡的測量系統及方法。

本發明提供一種基于機械臂的超聲橢圓振動裝置測量系統，包括：

機械臂，用于搭載激光干涉儀，實現激光干涉儀的粗定位和自動聚焦；

激光干涉儀，用于測量超聲橢圓振動裝置共振頻率與運動軌跡；

超聲橢圓振動裝置。

所述的機械臂為六自由度機械臂。

所述的激光干涉儀為SP-S單頻激光干涉儀。

本發明提供一種基于機械臂的超聲橢圓振動裝置測量方法，包括以下步驟：

(1)通過機械臂完成激光干涉儀的粗定位；

(2)利用爬山算法實現自動聚焦；

(3)獲取超聲橢圓振動裝置的固有頻率；

(4)分別獲取X、Y向的振動信號，并進行軌跡合成。

所述的步驟1)包括：

(1.1)將超聲橢圓振動裝置固定在工作臺上；

(1.2)選取超聲橢圓振動裝置在X、Y方向的被測點；

(1.3)將機械臂設置為示教模式，拖動機械臂，使激光干涉儀到達被測點附近，盡可能使光線與被測表面保持垂直。

所述的步驟2)包括：