[发明专利]一种薄壁件靠模装夹贴合状态检测与评估方法

说明书

技术领域

本发明属于检测技术领域，特别涉及一种薄壁件靠模装夹贴合状态检测与评估方法。

背景技术

薄壁件是航空航天等领域高端装备上的典型件，具有尺寸大、形状复杂、刚度低等特点，且需在其表面上加工出精度要求极为严格的复杂特征，如槽、栅格等，难度大。该类零件往往采用靠模装夹方式，尽量让零件的装夹面与夹具体支撑面紧密贴合，以保证足够的系统刚度。然而，采用旋压、拼焊等方式制造出的零件毛坯，其形状和尺寸较原始设计存在较大偏差，造成零件装夹面与夹具体支撑面贴合状态不一致，导致加工过程中产生复杂的变形和振动。此类零件装夹贴合状态判断，对于零件最终尺寸精度和表面质量的控制至关重要。技术人员往往采用现场人工敲击、试听的办法，依据人工经验对贴合程度和贴合区域大小进行粗略估计，可靠性较差。因此，装夹贴合状态可靠判别已成为制约此类零件高效、精密加工瓶颈问题之一。

研究表明，薄壁件可靠装夹在实际加工中具有很大的工程挑战性，其中装夹状态判断更为棘手。传统的人工经验判断的策略已无法满足该类零件的加工要求。装夹贴合状态精确检测与量化评估势在必行。考虑到装夹贴合面不可视、零件非破坏性，所采用检测手段需满足材料透射性、无损等要求，例如超声检测等。

2004年，孟国强等在《机械》第31卷第6期发表文章《检测铁道车辆车轮轨道接触面的试验研究》中构建了一种基于CCD摄像的机车车轮轨道接触状态检测系统，根据透光成像判断接触状态。2005年，王和顺等在《润滑与密封》第3卷第169期发表文章《机械密封端面接触状态测控技术》中介绍了一种机械密封端面接触状态超声波透射检测法，其分别在机械密封动静环的背面安装超声波发射器和超声波接收器，通过检测反射或透射超声波幅值变化对端面接触进行判别。2013年，杜飞等在《西安交通大学学报》第47卷第3期发表文章《结合面参数的超声检测方法研究》中研究了一种球板接触结合面参数水浸超声检测方法，根据声波反射率-压力曲线，推断出接触区域。然而，上述研究均未提及薄壁零件靠模装夹贴合状态检测问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是克服现有方法的不足，针对薄壁件靠模装夹贴合状态难以精确判断的问题，发明了一种薄壁件靠模装夹贴合状态检测与评估方法。该方法采用了喷流水浸超声检测策略，具有测量非接触、无损等优势；基于截面线的超声测头分段线性定向扫描测量方法，测量路径规划简单、测头矢量方向调整频次少、测量速度快；在测量过程中，超声测头的中心线与线性运动段的平均法矢保持一致，以可靠获取各测点坐标及反射回波；通过反射子波辨识、峰值提取及灰度比较，评估靠模装夹贴合状态，能够准确度量不同贴合程度，方法可靠性高；基于模糊加权的滤波方法，可同时实现灰度数据强噪声剔除与数据光顺；将超声检测系统安装在薄壁件数控加工机床上，可以实现薄壁件靠模装夹贴合状态在机测量与评估，操作简单、设备集成度高、便于实现自动化。

本发明采用的技术方案是一种薄壁件靠模装夹贴合状态检测与评估方法，该方法首先将薄壁件靠模装夹到支撑夹具上，并吊装至数控加工机床上；接着，数控机床驱动超声探头按照预先规划的测量路径分段线性定向扫描测量被测件，上层测量系统自动采集、存储测点波形数据；最后，通过反射子波峰值提取、灰度比较、数据滤波、灰度匀化等一系列数据处理操作，完成贴合状态评估。

薄壁件靠模装夹贴合状态检测与评估方法的具体步骤如下：

第一步，测量就位

将薄壁件4放置在支撑夹具3上，带螺栓的第一压板组5压紧薄壁件4；将支撑夹具3吊装至工作台1上，带螺栓的第二压板组件2压紧支撑夹具3的法兰，完成薄壁件4的测量就位。

第二步，超声线性分段定向扫描测量

首先，将超声测头6安装至机床主轴7上。超声测头6在机床主轴7驱动下运动至第一截面轨迹L₁内第一线性运动段τ₁₁的起始控制点C₁₁，并自动调整超声测头6的中心线a与第一线性运动段τ₁₁的平均法矢N₁₁重合。按如下公式计算第一线性运动段τ₁₁的平均法矢N₁₁，