CN102902232A - 数控加工工件厚度测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控加工工件厚度测量方法及装置，适合数控加工过程中在线厚度测量。测量方法为：首先在毛坯上面制作一个存放耦合剂的圆形槽，制定检测点并提取其坐标，规划检测路径，并生成数控程序，传入数控机床，控制机床运动，每运动到一个点，终端处理器自动触发超声波测头进行测量，最后将测量数据传入终端处理器。该测厚装置由刀柄连接装置、超声波探头、数据传输线、终端处理器构成。其中刀柄连接装置一端与超声波测头相连，一端与机床主轴的刀柄相连，实现测头的数控运动。终端处理器可以是数控系统的PC机，也可以与数控系统的PC机相连。本发明实现了数控加工工件厚度在线自动化测量，大大提高了厚度测量效率。

Description

数控加工工件厚度测量方法及装置

技术领域

本发明涉及一种机械加工测量方法及测量装置，尤其是一种数控加工零件的自动化在线厚度检测方法及装置，具体地说是一种数控加工工件厚度测量方法及装置。

背景技术

对于大型零件如飞机结构件，由于其结构复杂、尺寸大且属于薄壁零件，加工过程中极易变形，厚度难以保证。而对于飞机结构件来说，其厚度对零件的质量和重量影响很大，所以加工过程中的厚度检测极为重要。同样地，对于具有类似特点的航空、航天汽车、船舶等需要数控加工的大型零件都存在类似问题。对于这些零件的厚度检测，一方面是需要在线检测，另外一方面是需要检测的点很多。目前的厚度检测设备即测厚仪都是手动形式，检测效率低，而且在线条件下很难实现检测，因为大型零件在机床的封闭空间里，人为的可达性很差。对于以及实现在线测量的接触式或非接触式测头，只能测量检测点的坐标，不能实现厚度的测量。

发明内容

本发明的目的是针对目前数控加工工件厚度检测效率低、难以实现厚度在线检测的问题，发明了一种能够实现数控加工自动化在线厚度检测的方法及装置。

本发明的技术方案之一是：

一种数控加工工件厚度测量方法，其特征是它包括以下步骤：

步骤一，在毛坯上面不需要加工处制作一个存放耦合剂的圆形耦合剂槽，标定耦合剂槽的中心坐标，并放入耦合剂；

步骤二，规划需要检测厚度的点，提取检测点的坐标以及检测点所在面的外法向，以外法向作为检测点的主轴轴向；

步骤三，规划检测路径，检测前首先需要到耦合剂槽自动在探头底端涂上耦合剂，根据实际需要，每检测一定数量的点都要使探头到耦合剂槽更新耦合剂；

步骤四，依据检测路径规划的结果以及耦合剂槽的中心坐标、检测点的坐标以及检测点所在面的外法向生成数控程序，传入数控机床；

步骤五，将装有测厚仪的刀柄装到数控机床的主轴上；

步骤六，利用数控程序控制机床运动，每运动到一个检测点，终端处理器自动触发超声波测头进行测量，测头每测量一个点停留设定的时间，然后将测量数据传入终端处理器；

步骤七，形成各检测点检测结果的厚度列表。

所述的超声波测头进行测量时，测头每测量一个点停留不少于2s（秒）的时间。

所述的耦合剂更新频率为每测量五个点至少更新一次。

本发明的技术方案之二是：

一种数控加工工件厚度测量装置，其特征是它主要由刀柄连接装置2、数据传输线3、超声波探头4和终端处理器构成5组成，数据传输线3实现超声波探头和终端处理器的数据传输，刀柄连接装置2安装在机床主轴上，超声波探头4安装在刀柄连接装置2上，超声波探头4的检测数据通过数据传输线3与终端处理器构成5相连。

所述的刀柄连接装置2的一端与超声波测头4螺纹连接，另一端与机床主轴的刀柄热缩式连接以实现测头随主轴的数控运动。

所述的终端处理器5不数控系统的PC机，或单独存在并与数控系统相连的PC机。

本发明的有益效果是：

1、可以在数控机床的控制下实现自动化的厚度测试，测量效率高；

2、可以实现数控加工零件的在线厚度测试；

3、因为是数控自动控制，减少了由于人为造成的随机误差，提高了检测的精度。

附图说明

图1为本发明的测厚仪的结构示意图。

图2为本发明实施例的厚度测试件的结构示意图。

附图：1、刀柄，2、数据传输线、3、刀柄连接装置、4、超声波探头，5、终端处理器，6表示毛坯，7表示耦合剂槽，8表示工件，9表示检测点。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示。

一种数控加工工件厚度测量装置。该测厚装置由刀柄连接装置2、数据传输线3、超声波探头4、终端处理器构成5组成，数据传输线3实现超声波探头4和终端处理器5之间的数据传输。刀柄连接装置2的一端与超声波探头4相连，连接方式为螺纹连接，另一端与机床主轴连接的刀柄相连，连接方法为热缩式（热缩式即放入刀柄连接装置前对刀柄加热，加热后放入刀柄连接装置，利用热胀冷缩原理，冷却后夹紧刀杆）连接，以实现测头随主轴的数控运动。刀柄连接装置2的长度可为50mm，直径为20mm。

终端处理器5与数控系统的PC机通过数据传输线3相连，终端处理器5的信号可以传输给数控系统的PC，同时数控系统的指令也可以传输给终端处理器，进而控制超声波探头的发射。

下面以图2所示的工件8为例对本发明的测量方法进行说明，但本发明专利并不限于本实例。

具体的测量过程为：首先在毛坯6上面不需要加工处制作一个直径为25mm，深度为5mm的存放耦合剂的圆形槽7，并放入耦合剂，标定其中心坐标（36，-16，63）；然后设定需要检测厚度的点，共21个检测点9，检测前首先使探头底端到耦合剂槽自动涂上耦合剂，根据实际需要，每检测5个点使探头到耦合剂槽自动更新耦合剂，通过检测路径规划，根据耦合剂槽的中心坐标、检测点的坐标以及检测点所在面的外法向生成数控程序，传入数控机床以控制数控机床的运动路径；在主轴上旋装上超声波探头4，数控程序控制机床运动，运动的数控指令为G01，每运动到一个点，机床的反馈装置得到位置到达信号，此信号传递给终端处理器5，终端处理器5自动触发超声波探头进行测量；探头每测量一个点停留约2s的时间，暂停的数控指令为G04，最后将测量数据传入终端处理器，终端处理器得到所设定的21个检测点9的实际厚度值并在显示终端上进行显示，并可在相关软件的控制下自动作出厚度是否符合加工要求的判断，以实现自动化的厚度测试和在线自动检测。

Claims (6)

1.一种数控加工工件厚度测量方法，其特征是它包括以下步骤：

步骤一，在毛坯上面不需要加工处制作一个存放耦合剂的圆形耦合剂槽，标定耦合剂槽的中心坐标，并放入耦合剂；

步骤二，规划需要检测厚度的点，提取检测点的坐标以及检测点所在面的外法向，以外法向作为检测点的主轴轴向；

步骤三，规划检测路径，检测前首先需要到耦合剂槽自动在探头底端涂上耦合剂，根据实际需要，每检测一定数量的点都要使探头到耦合剂槽更新耦合剂；

步骤四，依据检测路径规划的结果以及耦合剂槽的中心坐标、检测点的坐标以及检测点所在面的外法向生成数控程序，传入数控机床；

步骤五，将装有测厚仪的刀柄装到数控机床的主轴上；

步骤六，利用数控程序控制机床运动，每运动到一个检测点，终端处理器自动触发超声波测头进行测量，测头每测量一个点停留设定的时间，然后将测量数据传入终端处理器；

步骤七，形成各检测点检测结果的厚度列表。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的超声波测头进行测量时，测头每测量一个点停留不少于2s的时间。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的耦合剂更新频率为每测量五个点至少更新一次。

4.一种数控加工工件厚度测量装置，其特征是它主要由刀柄连接装置（2）、数据传输线（3）、超声波探头（4）和终端处理器构成（5）组成，数据传输线（3）实现超声波探头和终端处理器的数据传输，刀柄连接装置（2）安装在机床主轴上，超声波探头（4）安装在刀柄连接装置（2）上，超声波探头（4）的检测数据通过数据传输线（3）与终端处理器构成（5）相连。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征是所述的刀柄连接装置（2）的一端与超声波测头（4）螺纹连接，另一端与机床主轴的刀柄热缩式连接以实现测头随主轴的数控运动。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征是所述的终端处理器（5）不数控系统的PC机，或单独存在并与数控系统相连的PC机。

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