[发明专利]一种球壳零件厚度及面形的检测方法及装置

说明书

一种球壳零件厚度及面形的检测方法，属于精密测量技术领域。所述检测装置包括固定装置、检测装置、控制系统和附属结构。检测方法中，利用机床C轴旋转运动对球壳进行扫掠，先测得上半球的厚度及面形数据，将球壳旋转180度后测得下半球的厚度及面形数据。本发明操作简单、定位准确、可以实现快速的自动化测量；能够保证测量装置在测量时的平稳性，保证较高的测量精度；此外，本发明可以适用于球壳壁厚及面形的接触和非接触测量，应用范围较广；且本发明可以做到球壳壁厚及面形的全方位测量，不存在测量盲区，能够做到两次装夹测量出整个球壳的壁厚及面形，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于精密测量技术领域，涉及一种球壳零件厚度及面形的检测方法及装置。

背景技术

随着航天和机械行业的高速发展，对产品的经济性、实用性和加工精度要求逐渐提高，机械产品开始向“轻量化”、“高精度”的方向发展。薄壁球壳零件作为“曲面化”和“轻量化”趋势的代表，在航空航天以及机械加工领域的应用越来越普遍。但是薄壁球壳零件刚度低，成型过程中容易变形，导致加工精度和面形很难保证。为使薄壁球壳零件具体较强的刚度、较轻的重量以及良好的可加工性，需要测量薄壁球壳零件的壁厚值及面形并将其控制在一定的公差范围内。但由于薄壁球壳零件的壁厚很大程度上会影响零件的工作性能，所以如何通过准确测量壳体壁厚及面形来判断零件是否合格成为一个亟待解决的关键问题。

目前，操作人员主要使用超声波测厚仪逐点测量壳体壁厚值。在处理过程中需要不断蘸涂耦合剂，测量效率低下，而且不同操作人员测量间距，测量个数不同，存在较大的检测盲区，测量结果差异较大；同时由于超声波测厚是通过超声波反射原理进行厚度测量，鉴于发射超声波的探头是一个圆面，测量厚度有局限性，被测材质的另一面须与被测面平行才能精确，因此对于曲率较大的球壳型曲面会产生较大误差。专利CN 108801109 B公开了一种PET瓶胚壁厚测量装置，利用光纤可以实现对不同曲度PET瓶胚的壁厚测量，但是测量装置复杂，而且只适用于筒状零件的壁厚测量，应用范围较为局限。专利CN 110514142 A公开了一种将相位偏折面形检测法与激光干涉面形检测法相结合的面形检测装置及面形检测方法，本方法虽然定位精度及检测效率较高，但装置结构较为复杂，且设备整体较为昂贵，对于测量装置的光路调整要求较高。

发明内容

针对现有壁厚及面形测量装置的测量精度不高，比较依赖工人技术水平的问题，本发明提出一种球壳薄壁件厚度及面形的接触/非接触检测方法与装置，可以有效解决薄壁件壁厚及面形测量时存在检测盲区以及测量精度较低的问题，且易于实现自动化的快速测量。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种球壳零件厚度及面形的检测装置，包括固定装置、检测装置、控制系统和附属结构。

所述的固定装置，包括C轴连接盘4、B轴转接板6、支架7、球壳盖板12、测量模块支架A15、测量模块支架B16、螺栓17。所述的C轴连接盘4通过螺栓17连接到机床C轴3上，可以在机床C轴3的带动下绕机床C轴3的轴线做360°旋转。所述的B轴转接板6通过螺栓紧密固定在B轴5上，B轴5设于Z轴托板2上方。所述的支架7为倒T字形支架，支架7底部水平面通过螺栓17将其连接到B轴转接板6上，从而将支架7和B轴5连接在一起，使其可以在Z轴托板2的带动沿Z轴移动；支架7垂直面的中间部分为掏空的台阶结构，台阶面与球壳11的法兰平面相接触，起到固定球壳11的作用。所述球壳盖板12为一端凸起的压板结构，其凸起端用于将球壳11的法兰端面压紧到支架7上，4个球壳盖板12使得球壳11在装夹的过程中受力均匀，避免受力不均出现球壳11歪斜的情况，影响测量结果。所述的测量模块支架A15、测量模块支架B16分别用于支撑固定测量模块A13、测量模块B14。