CN107378643A - 圆形壳体壁厚在位检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种圆形壳体壁厚在位检测方法，该方法将两个非接触式位移传感器反向安装在刀柄上，进而安装在机床主轴上，分两次扫描检测壳体内外侧，并根据机床x轴的位移量计算出壳体壁厚值的方法。本发明相对于现有的超声波测厚仪，使得圆形壳体的壁厚检测实现机械自动化，具有更高的检测准确度和超高的检测效率，有效减少检测盲区；壁厚检测结果不合格时，可直接进行补偿加工，有效提高壳体加工效率。

Description

圆形壳体壁厚在位检测方法
技术领域
本发明涉及壁厚检测方法，特别是一种圆形壳体壁厚在位检测方法。
背景技术
在航天、机械等制造领域，圆形壳体的加工制造较为广泛，涉及铸造、钣金和精加工等工艺流程。为使壳体具有较强的刚度、较轻的重量及良好的可加工性，需要检测壳体的壁厚值，将其控制在一定的公差范围内。
目前壳体壁厚检测方法主要包括以下几种：
(1)超声波测厚仪逐点检测法，是目前最主要的方法。检测过程中需要不断蘸涂耦合剂，检测效率极低，人员劳动强度较大；由于人工检测点数较为有限，难以完全覆盖壳体表面，容易存在检测盲区。
(2)超声波探头在位检测法。测量原理与方法(1)相同，主要区别是使用机械装置代替检测人员，可以有效降低人员劳动强度。
(3)基于激光位移传感器的壁厚离线检测法。把壳体安装在专用测量装置上，使用两个激光位移传感器同时测量壳体内外，并使用伺服控制技术使两个传感器完成对壳体表面的全扫描，进而实现对壳体壁厚的检测。该方法可有效提高检测效率，不足之处是必须对壳体进行二次装夹，在修正时带入装夹误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种圆形壳体壁厚在位检测方法，解决目前圆形壳体检测效率低下、需要二次装夹的问题。
实现本发明目的的技术方案为：一种圆形壳体壁厚在位检测方法，检测方法基于检测装置实现，检测装置由测量刀柄和测控系统组成，测量刀柄前端设置有两个反向安装的非接触式位移传感器，其中内侧传感器用于检测内侧传感器与圆形壳体内侧的距离，外侧传感器用于检测外侧传感器与圆形壳体外侧的距离；所述检测方法包括以下步骤：
步骤1，测量初始状态：控制回转台复位，并控制机床主轴在壳体内侧沿z轴运动，建立以壳体0度端面为原点、母线方向纵坐标、周向角度为横坐标的产品坐标系；
步骤2，机床主轴运动到待测截面并保持稳定后，转台旋转一周；内侧传感器完成壳体内侧待测截面的扫描测量；重复此过程直到完成壳体内侧所有待测截面的扫描；
步骤3，机床主轴运动到与内侧待测截面对应的外侧待测截面，转台旋转一周；外侧传感器完成壳体外侧待测截面的扫描测量；重复此过程直到完成壳体外侧所有待测截面的扫描；壳体内、外侧两组测量数据中，角度值、z轴坐标值相同的2个测量值对应于同一测量点，计算该测量点的壁厚值。
与现有技术相比，本发明的显著优点为：
(1)相对于现有的超声波测厚仪，本发明的检测方法使圆形壳体的壁厚检测实现机械自动化，具有更高的检测准确度和超高的检测效率，且可以有效减少检测盲区；(2)相对于激光壁厚测量装置离线检测方法，本发明的检测方法可省去壳体拆卸、转运、吊装等流程；(3)壁厚检测结果不合格时，可直接进行补偿加工，有效提高壳体加工效率。
附图说明
图1为圆锥形壳体壁厚在位检测原理图。
图2为圆柱形壳体壁厚在位检测原理图。
图3为本发明的传感器标定示意图。
图4为本发明壁厚测量原理图。
具体实施方式
本发明的一种圆形壳体壁厚在位检测方法，检测方法基于检测装置实现，检测装置由测量刀柄和测控系统组成，测量刀柄前端设置有两个反向安装的非接触式位移传感器，其中内侧传感器用于检测自身与圆形壳体内侧的距离，外侧传感器用于检测自身与圆形壳体外侧的距离；所述检测方法包括以下步骤：
步骤1，测量初始状态：控制回转台复位，并控制机床主轴在壳体内侧沿z轴运动，建立以壳体0度端面为原点、母线方向纵坐标、周向角度为横坐标的产品坐标系；
步骤2，机床主轴运动到待测截面并保持稳定后，转台旋转一周；内侧传感器完成壳体内侧待测截面的扫描测量；重复此过程直到完成壳体内侧所有待测截面的扫描；
步骤3，机床主轴运动到与内侧待测截面对应的外侧待测截面，转台旋转一周；外侧传感器完成壳体外侧待测截面的扫描测量；重复此过程直到完成壳体外侧所有待测截面的扫描；壳体内、外侧两组测量数据中，角度值、z轴坐标值相同的2个测量值对应于同一测量点，计算该测量点的壁厚值。
进一步的，测量前对传感器进行标定；
将已知内径值的标准圆柱，装夹到刀柄上，使标准圆柱与刀柄同心，两个传感器之间的距离为d0，则
d0＝p-l1-l2 (1)
其中，p为圆柱内部直径，l1、l2为两个传感器与圆柱内壁的距离。
进一步的，步骤3中计算壁厚值的方法为：
采用间接测量法，内侧传感器与壳体内侧的距离为l4，外侧传感器与壳体外侧的距离为l3，机床在x方向的位移为d，则单个测量点壁厚值h为：
h＝d-d0-l3-l4 (2)
进一步的，非接触式位移传感器为激光位移传感器。
进一步的，圆形壳体为圆柱形壳体或圆锥形壳体。
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例
本实施例的检测装置由安装有激光位移传感器的测量刀柄和测控系统组成。传感器、被测壳体的运动由数控程序实现；测控系统采用信号分配技术从机床的控制系统中实时获取机床回转轴、x轴、z轴的运动位置信息及传感器的测量值；测控系统根据各轴的运动状态，实现传感器数据采集与机床运动状态的同步协调，根据一定的角度间隔进行传感器数据采集；当传感器完成壳体内外侧的非接触式扫描测量后，进行数据处理得到壳体各被测点的壁厚值，如图1、图2。图中1为机床转台基座，2为被测圆形壳体，3为传感器，4为刀具座，5为机床主轴。
测量刀柄由普通刀柄加工而成，前端设置两个反向安装的激光位移传感器。测量前需对传感器进行标定，如图3所示。将已知内径值的标准圆柱，装夹到刀柄上，使标准圆柱与刀柄同心。两个传感器之间的距离为d0，则
d0＝p-l1-l2 (1)
p为圆柱内部直径，l1、l2为两个传感器与圆柱内壁的距离。
单个测量点壁厚值h的测量原理如图4。本发明采用间接测量法，使用两个激光位移传感器，分两次分别测量出自身到圆形壳体内外表面的距离l4、l3；机床在x方向的位移为d，则
h＝d-d0-l3-l4 (2)
壳体壁厚在位检测过程为
(1)壳体加工完成后，对壳体内外表面进行清洗，更换带有激光位移传感器的测量刀柄，做好检测准备；
(2)测量初始状态：控制回转台复位，并控制机床主轴在壳体内侧沿z轴运动，使传感器激光光斑投射到壳体外端面上；建立以壳体0度端面为原点、母线方向纵坐标、周向角度为横坐标的产品坐标系。
(3)机床主轴运动到某待测截面并保持稳定后，转台旋转一周；内侧传感器完成壳体内侧该截面的扫描测量；重复此过程直到完成壳体内侧所有待测截面的扫描。
(4)机床主轴运动到与内侧待测截面对应的外侧待测截面，转台旋转一周；外侧传感器完成壳体外侧该截面的扫描测量；重复此过程直到完成壳体外侧所有待测截面的扫描。壳体内、外侧2组测量数据中，角度值、z轴坐标值相同的2个测量值对应于同一测量点，依据公式(2)计算出该点的壁厚值。

Claims (5)

1.一种圆形壳体壁厚在位检测方法，其特征在于，检测方法基于检测装置实现，检测装置由测量刀柄和测控系统组成，测量刀柄前端设置有两个反向安装的非接触式位移传感器，其中内侧传感器用于检测内侧传感器与圆形壳体内侧的距离，外侧传感器用于检测外侧传感器与圆形壳体外侧的距离；所述检测方法包括以下步骤：
步骤1，测量初始状态：控制回转台复位，并控制机床主轴在壳体内侧沿z轴运动，建立以壳体0度端面为原点、母线方向纵坐标、周向角度为横坐标的产品坐标系；
步骤2，机床主轴运动到待测截面并保持稳定后，转台旋转一周；内侧传感器完成壳体内侧待测截面的扫描测量；重复此过程直到完成壳体内侧所有待测截面的扫描；
步骤3，机床主轴运动到与内侧待测截面对应的外侧待测截面，转台旋转一周；外侧传感器完成壳体外侧待测截面的扫描测量；重复此过程直到完成壳体外侧所有待测截面的扫描；壳体内、外侧两组测量数据中，角度值、z轴坐标值相同的2个测量值对应于同一测量点，计算该测量点的壁厚值。
2.根据权利要求1所述的圆形壳体壁厚在位检测方法，其特征在于，测量前对传感器进行标定；
将已知内径值的标准圆柱，装夹到刀柄上，使标准圆柱与刀柄同心，两个传感器之间的距离为d0，则
d0＝p-l1-l2 (1)
其中，p为圆柱内部直径，l1、l2为两个传感器与圆柱内壁的距离。
3.根据权利要求2所述的圆形壳体壁厚在位检测方法，其特征在于，步骤3中计算壁厚值的方法为：
采用间接测量法，内侧传感器与壳体内侧的距离为l4，外侧传感器与壳体外侧的距离为l3，机床在x方向的位移为d，则单个测量点壁厚值h为：
h＝d-d0-l3-l4 (2)。
4.根据权利要求1所述的圆形壳体壁厚在位检测方法，其特征在于，非接触式位移传感器为激光位移传感器。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的圆形壳体壁厚在位检测方法，其特征在于，圆形壳体为圆柱形壳体或圆锥形壳体。
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