CN107741730B - 薄壁件实时测量系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种薄壁件实时测量系统及方法，包括实时厚度测量装置、超声波测厚数据处理器、数控系统、数控机床，实时厚度测量装置安装于数控机床执行器末端上，根据机床NC代码测量工件法向的厚度；超声波测厚数据处理器用于控制超声波传感器、控制厚度测量过程以及进行厚度数据处理，得到测量区域工件壁厚分布。上述系统可以依据实际工件法向，及时调整测量方向，实时得到加工点的真实厚度，实现自动化厚度测量，适应于薄壁件在线壁厚测量。

Description

薄壁件实时测量系统及方法
技术领域
本发明涉及一种薄壁件实时测量系统及方法，特别是涉及一种航空大型双曲薄壁蒙皮实时厚度测量系统及方法。
背景技术
在航空大型薄壁件加工中厚度有严格的要求，且航空薄壁件多为双曲零件，法向变化大，加工厚度难以控制。现有航空大型薄壁件厚度采用手持式超声波测厚仪通过人工进行测量。由于人工测量，厚度实测值受测量位置、超声波探头与测量面接触倾角、超声波探头所承受的力度等因素的影响。厚度实时测量与补偿方法可以实现自动化测量，避免了人工测量带来的不利因素，但需要占用大量机床时间，尤其是大型薄壁零件。实时测厚方法通过法向、压力和水压闭环控制等技术，自动获取测量法向，并实现实时在线厚度的测量以及数据的储存和传递，节省离线测量时间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种薄壁件实时测量系统及方法，通过法向、压力和水压闭环控制等技术，节省离线测量时间，适应于薄壁件壁厚测量，可以依据实际工件模型，及时自适应调节，实时得到薄壁工件真实壁厚。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种薄壁件实时测量系统，包括工件、实时厚度测量装置、超声波测厚数据处理器、数控系统以及数控机床，实时厚度测量装置在数控机床内部，置于工件一侧，数控系统控制实时厚度测量装置的运动；实时厚度测量装置安装于数控机床执行器末端上，根据数控机床的NC代码实时测量工件法向的厚度；超声波测厚数据处理器用于控制超声波传感器、控制厚度测量过程以及厚度数据处理；数控系统根据NC代码对实时厚度测量装置进行运动控制，并对测厚位置数据与壁厚数据进行存储。
优选地，所述的实时厚度测量装置包括测量腔体主体、楔形接触盖、电涡流位移传感器、水浸式超声波探头、压力传感器、水压传感器以及测厚支撑架。其中测量腔体主体为实时厚度测量装置主体，楔形接触盖、电涡流位移传感器、水浸式超声波探头、压力传感器、测厚支撑架、水压传感器均固定于测量腔体主体上。楔形接触盖直接接触被测工件表面；电涡流位移传感器用于测量被测工件法向测量；水浸式超声波探头用于实时获取工件壁厚；水压传感器用于检测耦合剂压力；压力传感器用于测量工件与实时厚度测量装置的压力；测厚支撑架用于实时厚度测量装置与铣削数控机床执行器末端固定连接。实时厚度测量装置可实现支撑压力保持闭环控制，测厚仪耦合剂水压保持闭环控制，测量法向保持闭环控制。
本发明还提供一种薄壁件实时厚度测量补偿方法，其特征在于，该测厚补偿方法采用权利要求2所述的薄壁件实时厚度测量系统，该测厚补偿方法包括以下步骤：
步骤S1，实时厚度测量装置由数控系统控制，运动到测量零件初始位置；
步骤S2，实时厚度测量装置由超声波测厚数据处理器控制，进行自适应调节，测厚工件真实壁厚；
步骤S3，数控系统将当前测量点坐标位置反馈，实时厚度测量装置将工件壁厚反馈给数控系统，由数控系统进行工件壁厚存储。
所述的薄壁件实时厚度测量系统，其特征在于，所述步骤S2包括以下具体步骤：
S21，监测当前机床各轴坐标，通过测厚装置上的涡流位移传感器测量测量装置顶端到工件表面距离；
S22，根据涡流位移传感器测得的数据，经超声波测厚数据处理器(3)计算得到法向的偏转大小；
S23，超声波测厚数据处理器(3)根据法向的偏转大小，经过机床的运动学变换得到旋转轴需要补偿的角度值；
S24，数控系统(4)根据旋转轴补偿值，经过数控机床相应的后置处理，实现实时壁厚测量装置运动过程中实时调节控制；
S25，在当前测量位置下，通过压力传感器(11)检测测厚装置与工件(1)之间的压力，超声波测厚数据处理器(3)根据测得的压力值实时控制法向轴的运动，保证测厚装置与工件(1)完全贴合；
S26，通过监测注水压力来实时获取和补偿所需耦合剂，实现对当前刀位点的实时厚度测量。
本发明的积极进步效果在于：本发明摒弃普通测量装置中离线测量的低效性，实时动态测量复杂曲面薄壁件厚度，并反馈机床即时加工，在提高加工效率的同时，也可以动态地监测工件的变形和形态，实现对壁厚测量的实时控制。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明薄壁件实时测量系统的示意图。
图2为实时厚度测量装置的示意图。
图中：工件-1；实时厚度测量装置-2；超声波测厚数据处理器-3；数控系统-4；；数控机床-5；测厚支撑架-6；测量腔体主体-7；楔形接触盖-8；电涡流位移传感器-9；水浸式超声波探头-10；压力传感器-11；水压传感器-12。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明薄壁件实时测量系统包括：工件1、实时厚度测量装置2、超声波测厚数据处理器3、数控系统4、数控机床5，实时厚度测量装置2在数控机床5内部，置于工件1一侧，数控系统4控制实时厚度测量装置2的运动；实时厚度测量装置2安装于数控机床5执行器末端上，根据数控机床5的NC代码实时测量工件1法向的厚度；超声波测厚数据处理器3用于控制超声波传感器、控制厚度测量过程以及厚度数据处理，；数控系统4根据NC代码对实时厚度测量装置进行运动控制，并对测厚位置数据与壁厚数据进行存储。
如图2所示，所述的实时厚度测量装置2包括测厚支撑架6、测量腔体主体7、楔形接触盖8、电涡流位移传感器9、水浸式超声波探头10、压力传感器11以及水压传感器12，其中测量腔体主体7为实时厚度测量装置2主体，楔形接触盖8、电涡流位移传感器9、水浸式超声波探头10、压力传感器11、测厚支撑架6以及水压传感器12均固定于测量腔体主体7上；楔形接触盖8直接接触被测工件1表面；电涡流位移传感器9用于测量被测工件1法向计量；水浸式超声波探头10用于实时获取工件1壁厚；水压传感器12用于检测耦合剂压力；压力传感器11用于测量工件1与实时厚度测量装置2的压力；测厚支撑架6用于实时厚度测量装置2与数控机床5支撑立柱执行器末端固定连接。
进一步地，所述的超声波测厚数据处理器3可以根据所述的实时厚度测量装置2上的电涡流位移传感器9的测量数据实现测量法向保持闭环控制，可以根据所述的实时厚度测量装置2上的压力传感器11的测量数据实现支撑压力闭环控制，可以根据所述的实时厚度测量装置2上的水压传感器12的测量数据实现测厚仪耦合剂水压保持闭环控制。
本发明薄壁件实时测量系统补偿方法包括以下步骤：
步骤S1，实时厚度测量装置由数控系统控制，运动到测量零件初始位置；
步骤S2，实时厚度测量装置由超声波测厚数据处理器控制，进行自适应调节，测厚工件真实壁厚；
S21，监测当前机床各轴坐标，通过测厚装置上的涡流位移传感器测量测量装置顶端到工件表面距离；
S22，根据涡流位移传感器测得的数据，经超声波测厚数据处理器3计算得到法向的偏转大小；
S23，超声波测厚数据处理器3根据法向的偏转大小，经过机床的运动学变换得到旋转轴需要补偿的角度值；
S24，数控系统4根据旋转轴补偿值，经过数控机床相应的后置处理，实现实时壁厚测量装置运动过程中实时调节控制；
S25，在当前测量位置下，通过压力传感器11检测测厚装置与工件1之间的压力，超声波测厚数据处理器3根据测得的压力值实时控制法向轴的运动，保证测厚装置与工件1完全贴合；
S26，通过监测注水压力来实时获取和补偿所需耦合剂，实现对当前刀位点的实时厚度测量。
步骤S3，数控系统将当前测量点坐标位置反馈，实时厚度测量装置将工件壁厚反馈给数控系统，由数控系统进行工件壁厚存储。
本发明自动进行测量，相对于目前采用的手动测量而言，具有节约人力成本，提高精确度，节约测量时间的优点。本发明测量摒弃普通测量装置中离线测量的低效性，实时动态测量复杂曲面薄壁件厚度。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (3)

1.一种基于薄壁件实时测量系统的薄壁件实时测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，实时厚度测量装置(2)由数控系统(4)控制，运动到测量零件初始位置；
步骤S2，实时厚度测量装置(2)由超声波测厚数据处理器(3)控制，进行自适应调节，测厚工件(1)真实壁厚；
步骤S3，数控系统(4)将当前测量点坐标位置反馈，实时厚度测量装置(2)将工件壁厚反馈给数控系统(4)，由数控系统(4)进行工件壁厚存储；
所述步骤S2包括以下具体步骤：
S21，监测当前机床各轴坐标，通过测厚装置上的涡流位移传感器测量测量装置顶端到工件(1)表面距离；
S22，根据涡流位移传感器测得的数据，经超声波测厚数据处理器(3)计算得到法向的偏转大小；
S23，超声波测厚数据处理器(3)根据法向的偏转大小，经过机床的运动学变换得到旋转轴需要补偿的角度值；
S24，数控系统(4)根据旋转轴补偿值，经过数控机床相应的后置处理，实现实时壁厚测量装置运动过程中实时调节控制；
S25，在当前测量位置下，通过压力传感器(11)检测测厚装置与工件(1)之间的压力，超声波测厚数据处理器(3)根据测得的压力值实时控制法向轴的运动，保证测厚装置与工件(1)完全贴合；
S26，通过监测注水压力来实时获取和补偿所需耦合剂，实现对当前刀位点的实时厚度测量；
所述薄壁件实时测量系统包括工件(1)、实时厚度测量装置(2)、超声波测厚数据处理器(3)、数控系统(4)以及数控机床(5)，实时厚度测量装置(2)数控机床(5)内部，布置于工件(1)以侧，数控系统(4)控制实时厚度测量装置(2)运动；实时厚度测量装置(2)安装于数控机床(5)执行器末端上，根据数控机床(5)的NC代码实时测量工件(1)法向的厚度；超声波测厚数据处理器(3)用于控制超声波传感器、控制厚度测量过程以及厚度数据处理；得到工件测量区域厚度分布。
2.如权利要求1所述的薄壁件实时测量方法，其特征在于，所述的实时厚度测量装置(2)包括测厚支撑架(6)、测量腔体主体(7)、楔形接触盖(8)、电涡流位移传感器(9)、水浸式超声波探头(10)、压力传感器(11)以及水压传感器(12)，其中测量腔体主体(7)为实时厚度测量装置(2)主体，楔形接触盖(8)、电涡流位移传感器(9)、水浸式超声波探头(10)、压力传感器(11)以及水压传感器(12)均固定于测量腔体主体(7)上；楔形接触盖(8)直接接触被测工件(1)表面；电涡流位移传感器(9)用于测量被测工件(1)法向计量；水浸式超声波探头(10)用于实时获取工件(1)壁厚；水压传感器(12)用于检测耦合剂压力；压力传感器(11)用于测量工件(1)与实时厚度测量装置(2)的压力；测厚支撑架(6)用于实时厚度测量装置(2)与数控机床(5)支撑立柱执行器末端固定连接。
3.如权利要求2所述的薄壁件实时测量方法，其特征在于，所述的超声波测厚数据处理器(3)能够根据所述的实时厚度测量装置(2)上的电涡流位移传感器(9)的测量数据实现测量法向保持闭环控制，能够根据所述的实时厚度测量装置(2)上的压力传感器(11)的测量数据实现支撑压力闭环控制，能够根据所述的实时厚度测量装置(2)上的水压传感器(12)的测量数据实现测厚仪耦合剂水压保持闭环控制。
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