專利名稱：高塑性細長桿零件的截面測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于特殊桿類零件無損檢測的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高塑性細長桿零件的截面測量裝置。
背景技術(shù)：
在某特殊場合需要對一種特殊的桿類零件進行截面尺寸參數(shù)的測量，此類工件有如下特點:長徑比大，一般在80~150左右，工件外徑約#8~#20 ;塑性很好，用常規(guī)三爪卡盤裝夾的時候產(chǎn)生嚴重彎曲變形；工藝需要對該工件截面的內(nèi)徑、壁厚、等參數(shù)抽樣檢查。剛性穩(wěn)定性不足導(dǎo)致很大程度的彎曲變形同時工件旋轉(zhuǎn)會產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)變形使測量無法進行。所以工件需要可靠的夾持和張緊，克服由于重力引起的彎曲變形，同時還需要克服旋轉(zhuǎn)工件可能引起的扭轉(zhuǎn)變形。然而目前針對此類特殊工件沒有專門的成熟的檢測方法和裝置。工件涉及到細長桿內(nèi)徑的檢測，普通直接接觸測量方法在這里將失效。比較可行的是無損非接觸測量；而超聲波檢測法具有成本低、精度較高、較方便、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點，是首選方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決具有高塑性、大長徑比、容易變形特點的桿類工件沒有成熟的檢測方法和裝置，而現(xiàn)行超聲波檢測方法應(yīng)用于此類零件效率低，實施困難，不能保證檢測精度等問題，提供一種高塑性細長桿零件的截面測量裝置。本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案實現(xiàn):
高塑性細長桿零件的截面測量裝置，其特征在于:包括若干超聲波探頭、可對工件定位、張緊的工件夾持張緊裝置、可使工件轉(zhuǎn)動且使工件兩端具有相同角速度的主傳動系統(tǒng)、可使超聲波探頭從工件一端移動到另一端的進給傳動系統(tǒng)以及可對超聲波探頭高度以及探頭與工件距離進行調(diào)整的探頭微調(diào)機構(gòu)，所述的工件夾持張緊裝置包括兩軸線同軸設(shè)置的三爪卡盤，一個三爪卡盤可相對與另一個三爪卡盤往復(fù)運動；所述的主傳動系統(tǒng)包括分別與兩三爪卡盤連接的軸線同軸設(shè)置的兩傳動軸，兩傳動軸連接同一動力來源。所述的夾持張緊機構(gòu)包括三爪卡盤1、三爪卡盤I1、張緊溜板、絲杠和螺母I ;兩三爪卡盤分別夾緊工件兩端，螺母I固連在張緊溜板上，與螺母I配合的絲杠安裝在床身上，張緊溜板安裝于床身的導(dǎo)軌上，絲杠一端連接手輪。主傳動系統(tǒng)包括步進電機1、分配軸、傳動軸1、傳動軸I1、同步齒形帶傳動裝置
1、同步齒形帶傳動裝置II和同步齒形帶傳動裝置III，所述步進電機I固連于床身，步進電機I通過同步帶齒形帶傳動裝置I連接分配軸，分配軸又通過同步齒形帶裝置III和同步齒形帶傳動裝置II分別連接傳動軸1、傳動軸II，傳動軸1、傳動軸II分別安裝于張緊溜板和床身并分別和三爪卡盤1、三爪卡盤II固連。同步齒形帶裝置III與分配軸之間的帶輪用導(dǎo)向鍵或者花鍵連接。進給系統(tǒng)包括步進電機I1、聯(lián)軸器、傳動絲杠、螺母II以及小溜板；所述步進電機II固連于床身，步進電機II通過聯(lián)軸器連接傳動絲杠，傳動絲杠安裝于床身，螺母II固連于小溜板并和傳動絲杠配合，小溜板安裝在床身的導(dǎo)軌上。小溜板上安裝有探頭盒，探頭盒兩側(cè)設(shè)置有工件可穿過的擋水板，探頭盒中對應(yīng)每個超聲波探測頭安裝有探頭微調(diào)機構(gòu)，探頭微調(diào)機構(gòu)包括外圈、內(nèi)圈以及定位螺釘，超聲波探測頭插裝于內(nèi)圈中并與內(nèi)圈過盈配合，超聲波探測頭軸線與內(nèi)圈軸線重合，內(nèi)圈通過螺紋和外圈配合連接，外圈通過間隙配合安裝在探頭盒上開設(shè)的安裝孔中，安裝孔的軸線與工件軸線正交于同一平面，外圈的內(nèi)孔軸線與安裝孔的軸線有偏心距，定位螺釘通過螺紋與探頭盒配合并且垂直于外圈軸線方向擰入外圈上開設(shè)的卡槽內(nèi)。探頭盒對應(yīng)工件穿過的位置開槽，槽內(nèi)設(shè)置上、下兩個擋水板，上、下?lián)跛逯虚g都開有半圓孔，半圓孔的半徑與工件的截面半徑相同。外圈靠近探頭盒內(nèi)部的一端且與內(nèi)圈配合的位置、探頭盒靠近其內(nèi)部的一側(cè)且與外圈配合的位置分別開有U形槽，設(shè)置有內(nèi)密封圈、外密封圈。本發(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果:克服了現(xiàn)行超聲波檢測方法應(yīng)用于具有高塑性、大長徑比、容易變形特點的桿類工件所面臨的效率低，實施困難，變形影響測量結(jié)果不能保證檢測精度等問題；配備超聲波信號處理設(shè)備能與控制系統(tǒng)能對此類零件的各個截面完成壁厚，直徑的自動測量，并達到較高的測量精度。


圖1為高塑性細長桿零件的截面測量裝置軸側(cè)圖，
圖2為探頭微調(diào)機構(gòu)軸側(cè)圖，
圖3為探頭微調(diào)機構(gòu)的半剖主視圖，
圖4實心工件測量的示意圖，
圖5為空心工件測量的示意圖，
圖中:1-步進電機II，2-聯(lián)軸器，3-床身，4-傳動絲杠，5-小溜板，6-螺母II，7-工件，8-三爪卡盤I，9_傳動軸I，10-張緊溜板，11-螺母I，12-絲杠，13-手輪，14-同步齒形帶裝置III，15-分配軸，16-探頭盒，17-擋水板，18-三爪卡盤II，19-步進電機I，20_同步齒形帶傳動裝置I，21-傳動軸II，22-同步齒形帶傳動裝置II，23-超聲波探頭，24-內(nèi)圈，25-外圈，26-定位螺釘，27-外密封圈，28-內(nèi)密封圈，a_第一個兩相分界面，a'-第二個兩相分界面。
具體實施例方式結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步說明。本發(fā)明所述的高塑性細長桿零件的截面測量裝置是為大長徑比、高塑性或彈性零件的超聲波檢測方法提供的專用設(shè)備，可以作為塑性好、容易變形、細長桿類零件的直徑測量、內(nèi)腔尺寸測量、內(nèi)部缺陷監(jiān)測等多功能檢測設(shè)備。本發(fā)明包括若干超聲波探頭、夾持張緊裝置、主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、探頭微調(diào)機構(gòu)。所述的工件夾持張緊機構(gòu)完成對工件的定位和夾緊，并把這種具有高塑變形和大長徑比的工件適當繃緊拉直，保證檢測的精度與可靠性；所述主傳動系統(tǒng)完成步進電機動力的傳遞，并使工件轉(zhuǎn)動時兩端具有相同的角速度，從而保證工件在旋轉(zhuǎn)測試的過程中沒有扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)變形，確保測量可靠；所述的進給傳動系統(tǒng)使超聲波探頭從工件一端移動到另一端；所述探頭微調(diào)機構(gòu)完成超聲波探頭高度的調(diào)整和探頭與工件的距離的調(diào)整。探頭檢測的時候，需調(diào)整外圈，使超聲波探頭的軸線與工件軸線相相交于同一平面，然后再調(diào)整內(nèi)圈，超聲波探頭端面與被檢測工件的軸線距離適宜從而檢測得到完整波形。超聲波探頭可以從工件一端移動到另一端，通過發(fā)射脈沖，根據(jù)回波信號檢測任意一個截面的壁厚、內(nèi)徑、外徑等截面參數(shù)，也可以應(yīng)用在探傷方面。所述夾持張緊裝置包括三爪卡盤I 8、三爪卡盤II 18、張緊溜板10、手輪、絲杠12以及螺母I 11。所述兩個三爪卡盤分別固連于傳動軸I 9和傳動軸II 21，傳動軸I 9和傳動軸II 2分別安裝于張緊溜板10和床身3并限制住兩傳動軸的軸向自由度。所述兩三爪卡盤與傳動軸I 9和傳動軸II 2軸線為同一直線，保證兩三爪卡盤可以正確夾緊工件7。所述張緊溜板10安裝于床身3的導(dǎo)軌上，可以沿導(dǎo)軌滑動，所述絲杠12安裝于床身并限制其軸向自由度，所述螺母I 11固連于張緊溜板，并與絲杠12配合，絲杠一端連接手輪13。旋轉(zhuǎn)手輪，則絲杠12轉(zhuǎn)動，從而與絲杠12配合的螺母I 11帶動張緊溜板和三爪卡盤沿床身軌道移動，張緊工件。所述主傳動系統(tǒng)包括步進電機I 19、同步齒形帶傳動裝置I 20、分配軸15、導(dǎo)向鍵、同步齒形帶傳動裝置III14和同步齒形帶傳動裝置II 22，傳動軸I 9和傳動軸II 21。所述步進電機I 19固連于床身，所述同步齒形帶裝置I 20連接步進電機I 19和分配軸15，所述分配軸15安裝于床身3，分配軸15又通過同步齒形帶裝置III 14和同步齒形帶傳動裝置II 22分別連接傳動軸I 9、傳動軸II 21。同步齒形帶傳動裝置20通過一級減速把步進電機I 19的動力傳遞到分配軸，分配軸15分別通過二級減速由同步齒形帶裝置III14和同步齒形帶傳動裝置II 22把動力分別傳遞到傳動軸I 9、傳動軸II 21，并能保證傳動軸I 9、傳動軸II 2的轉(zhuǎn)速同步。所述兩級同步齒形帶傳動裝置保證在測量過程中隔離步進電機的震動，避免影響測量精度。所述主傳動系統(tǒng)使工件繞其軸線轉(zhuǎn)動，從而探頭可以從相對于工件不同的方位測量某一截面的各種參數(shù)，如測量工件某一截面圓各個直徑尺寸的波動。所述進給傳動系統(tǒng)包括步進電機II 1、聯(lián)軸器2、進給絲杠4、螺母II 6以及小溜板
5。步進電機II I固連于床身，所述聯(lián)軸器2連接傳動絲杠4和步進電機II I的主軸，傳動絲杠4通過軸承安裝于床身并限制其軸向自由度，所述螺母II 6與傳動絲杠4配合并且固連于小溜板5。步進電機II I通過聯(lián)軸器2帶動傳動絲杠4轉(zhuǎn)動，傳動絲杠4通過螺旋副帶動螺母II 6以及小溜板5、探頭盒移動，使其完成探頭對工件不同截面的檢測或測量。所述的小溜板上安裝有探頭盒16，探頭盒16兩側(cè)設(shè)置有工件可穿過的擋水板17，探頭盒16中對應(yīng)每個超聲波探測頭23安裝有探頭微調(diào)機構(gòu)，所述探頭微調(diào)機構(gòu)包括內(nèi)圈24、外圈25、定位螺釘26以及外密封圈27、內(nèi)密封圈28。另外由于工件需要穿過探頭盒16，探頭盒16中需要蓄水，所以探頭盒對應(yīng)工件穿過的位置開槽，槽內(nèi)設(shè)置上、下兩個擋水板17，上、下?lián)跛逯虚g都開有半圓孔，半圓孔的半徑與工件的截面半徑相同，用來防止水快速流出。所述探頭盒上設(shè)有安裝孔，安裝孔的軸線與工件軸線正交于同一平面；外圈25通過間隙配合安裝在探頭盒16上開設(shè)的安裝孔中，外圈25的內(nèi)孔軸線與安裝孔的軸線有偏心距e，內(nèi)圈24安裝在外圈25的偏心內(nèi)孔中；超聲波探頭23插裝在內(nèi)圈24中；定位螺釘26通過探頭盒16并擰入外圈25的卡槽內(nèi)限制外圈25的軸向自由度。超聲波探頭23與內(nèi)圈24的孔過盈配合，防止液體滲漏。內(nèi)圈24和超聲波探頭23相對靜止，外圈25和內(nèi)圈24通過螺紋副相對做螺旋運動，外圈25可以相對探頭盒16旋轉(zhuǎn)。所述內(nèi)外密封圈分別安裝在外圈和探頭盒內(nèi)壁的U形槽內(nèi)，防止液體滲漏。工作時首先保證工件正確夾持張緊，此時如果探頭軸線與工件軸心不相交與同一個平面，則可以旋轉(zhuǎn)外圈，探頭軸線將繞探頭盒上安裝孔的軸線回轉(zhuǎn)，探頭的軌跡是一個以探頭盒上安裝孔的軸線為軸線，以偏心距e為半徑的圓柱面，此圓柱面與工件軸線相交時超聲波探頭的位置就是正確工作位置。對于此裝置用于其他場合，比如塑性更好的，更容變形的工件，重力的影響變形更嚴重，可以改變探頭盒的開口方向，把整個裝置豎直放置。有必要時探頭盒上可以安裝多組探頭提聞檢測效率，本文圖不中有兩個對稱探頭。本發(fā)明用于大長徑比、高塑性容易變形工件的超聲波檢測方案，步驟如下:首先由夾持張緊裝置完成工件的加緊，然后在桿件兩端施加一定的拉力，把工件拉直并保持張緊，保證工件可靠的定位在檢測工位；然后由超聲波微調(diào)機構(gòu)條整探頭軸線，使超聲波探頭的軸線與工件的軸線正交于同一平面內(nèi)，此時超聲波探頭可以對工件的某一截面檢測或測量；檢測時主傳動系統(tǒng)使工件整體繞其軸線轉(zhuǎn)動，保證工件的兩端轉(zhuǎn)動同步從而保證工件沒有扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)變形，使得超聲波探頭可以相對于工件從不同的方向?qū)ぜ哪骋唤孛孢M行檢測或測量；在檢測的同時進給傳動系統(tǒng)探頭的橫向移動，使探頭在控制系統(tǒng)的控制下從工件的一端移動到另一端，實現(xiàn)超聲波探頭對工件不同截面的檢測。判斷超聲波探頭軸線與工件軸線相交于同一個截面的方法:首先開啟超聲波檢測設(shè)備，使超聲波發(fā)射超聲波脈沖，然后旋轉(zhuǎn)外圈調(diào)整偏心相位，旋轉(zhuǎn)內(nèi)圈調(diào)整探頭與工件的距離，同時觀察回波波形圖，當出現(xiàn)規(guī)整的波形圖停止旋轉(zhuǎn)外圈，超聲波探頭的軸線剛與工件軸線相交。實施例:對于易變形的桿類零件。首先把探頭盒上的擋水板取下，工件穿過探頭盒，旋轉(zhuǎn)然后把工件的兩端分別用三爪卡盤加緊，并保證把擋水板插入探頭盒的槽內(nèi)，然后旋轉(zhuǎn)手輪絲杠使其帶動張緊溜板向左移動，適當張緊工件，在探頭盒內(nèi)注滿水使超聲波在固液兩相中傳播，測量過程中最好配有水循環(huán)裝置，保證探頭盒中的水位滿足正常測量的要求。1、對于實心的、塑性好、易變形的細長桿類零件直徑的測量:首先開啟探頭發(fā)射聲波，調(diào)整外圈和內(nèi)圈至合適的偏心相位和探頭距離，觀察上位機回波波形，直到出現(xiàn)清晰的
回波波形。計超聲波探頭在時刻出脈沖，如圖4所示第一次遇到固液兩相界面時部分超聲波反射產(chǎn)生回波，其余部分聲波繼續(xù)向前傳播，探頭在4時刻接收到這次回波，當超聲波第二次遇到界面時又會產(chǎn)生一次回波，超聲波在接收到第二次回波。于是有工件厚度(即截面直徑，用表不)有如下關(guān)系:
權(quán)利要求
1.一種高塑性細長桿零件的截面測量裝置，其特征在于:包括若干超聲波探頭、可使工件定位、張緊的工件夾持張緊裝置、可使工件轉(zhuǎn)動且使工件兩端具有相同角速度的主傳動系統(tǒng)、可使超聲波探頭從工件一端移動到另一端的進給傳動系統(tǒng)以及可對超聲波探頭高度以及探頭與工件距離進行調(diào)整的探頭微調(diào)機構(gòu)，所述的工件夾持張緊裝置包括兩軸線同軸設(shè)置的三爪卡盤，一個三爪卡盤可相對與另一個三爪卡盤往復(fù)運動；所述的主傳動系統(tǒng)包括分別與兩三爪卡盤連接的軸線同軸設(shè)置的兩傳動軸，兩傳動軸連接同一動力來源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高塑性細長桿零件的截面測量裝置，其特征在于:所述的夾持張緊機構(gòu)包括三爪卡盤I (8)、三爪卡盤II (18)、張緊溜板(10)、絲杠(12)和螺母I(11);兩三爪卡盤分別夾緊工件(7)兩端，螺母I (11)固連在張緊溜板(10)上，與螺母I(11)配合的絲杠安裝在床身(3)上，張緊溜板(10)安裝于床身的導(dǎo)軌上，絲杠(12)—端連接手輪(13 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或所述的高塑性細長桿零件的截面測量裝置，其特征在于:主傳動系統(tǒng)包括步進電機I (19)、分配軸(15)、傳動軸I (9)、傳動軸II (21)、同步齒形帶傳動裝置I (20)、同步齒形帶傳動裝置II (22)和同步齒形帶傳動裝置111(14)，所述步進電機I(19)固連于床身(3)，步進電機I (19)通過同步帶齒形帶傳動裝置I (20)連接分配軸(15)，分配軸(15)又通過同步齒形帶裝置111(14)和同步齒形帶傳動裝置II(22)分別連接傳動軸I (9)、傳動軸II (21)，傳動軸I (9)、傳動軸II (21)分別安裝于張緊溜板和床身并分別和三爪卡盤I (8)、三爪卡盤II (18)固連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高塑性細長桿零件的截面測量裝置，其特征在于:進給系統(tǒng)包括步進電機II (I)、聯(lián)軸器(2)、傳動絲杠(4)、螺母II (6)以及小溜板(5);所述步進電機II(I)固連于床身，步進電機II (I)通過聯(lián)軸器(2)連接傳動絲杠(4)，傳動絲杠安裝于床身，螺母II (6)固連于小溜板(5)并和傳動絲杠(4)配合，小溜板(5)安裝在床身的導(dǎo)軌上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高塑性細長桿零件的截面測量裝置，其特征在于:小溜板上安裝有探頭盒(16)，探頭盒(16)兩側(cè)設(shè)置有工件可穿過的擋水板(17)，探頭盒中對應(yīng)每個超聲波探測頭(23)安裝有探頭微調(diào)機構(gòu)，探頭微調(diào)機構(gòu)包括外圈(25)、內(nèi)圈(24)以及定位螺釘(26)，超聲波探測頭(23)插裝于內(nèi)圈(24)中并與內(nèi)圈(24)過盈配合，超聲波探測頭(23)軸線與內(nèi)圈(24)軸線重合，內(nèi)圈(24)通過螺紋和外圈(25)配合連接，外圈(25)通過間隙配合安裝在探頭盒(16)上開設(shè)的安裝孔中，安裝孔的軸線與工件軸線正交于同一平面，外圈(25)的內(nèi)孔軸線與安裝孔的軸線有偏心距，定位螺釘(26)通過螺紋與探頭盒(16)配合并且垂直于外圈(25)軸線方向擰入外圈(25)上開設(shè)的卡槽內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高塑性細長桿零件的截面測量裝置，其特征在于同步齒形帶裝置111(14)以及同步齒形帶傳動裝置II (22)與分配軸(15)之間的帶輪用導(dǎo)向鍵或者花鍵連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高塑性細長桿零件的截面測量裝置，其特征在于:探頭盒(16)對應(yīng)工件穿過的位置開槽，槽內(nèi)設(shè)置上、下兩個擋水板(17)，上、下?lián)跛逯虚g都開有半圓孔，半圓孔的半徑與工件的截面半徑相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或7所述的高塑性細長桿零件的截面測量裝置，其特征在于:外圈(25)靠近探頭盒(16)內(nèi)部的一端且與內(nèi)圈(24)配合的位置、探頭盒(16)靠近其內(nèi)部的一側(cè)且與外圈(25)配合的位置分別開有U形槽，設(shè)置有內(nèi)密封圈(28)、外密封圈(27)。
全文摘要
本發(fā)明屬于特殊桿類零件無損檢測的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高塑性細長桿零件的截面測量裝置，解決了具有高塑性，大長徑比，比較容易變形特點的桿類工件沒有成熟的檢測方法和裝置的問題。其包括若干超聲波探頭、可對工件定位、張緊的工件夾持張緊裝置、可使工件轉(zhuǎn)動且使工件兩端具有相同角速度的主傳動系統(tǒng)、可使超聲波探頭從工件一端移動到另一端的進給傳動系統(tǒng)以及可對超聲波探頭高度以及探頭與工件距離進行調(diào)整的探頭微調(diào)機構(gòu)。本發(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果克服了現(xiàn)行超聲波檢測方法應(yīng)用于具有高塑性，大長徑比，比較容易變形特點的桿類工件所面臨的效率低，實施困難，變形影響測量結(jié)果不能保證檢測精度等問題。
文檔編號G01B17/00GK103090826SQ20131002913
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者杜文華, 段能全, 杜聰, 黎志剛, 曾志強, 張紀平, 高俊華, 王俊元 申請人:中北大學(xué)