機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測附件及其完成的時(shí)間同步控制方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于超聲自動(dòng)檢測的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測附件及其完成的時(shí)間同步控制方法，解決了現(xiàn)有超聲自動(dòng)檢測技術(shù)存在的問題。其利用機(jī)床作為檢測平臺(tái)，包括超聲發(fā)射接收部件、超聲輔助探測部件、超聲耦合部件以及數(shù)控部件，所述方法，附件中探頭的姿態(tài)控制和超聲的發(fā)射接收是通過“時(shí)間同步法”來實(shí)現(xiàn)與機(jī)床工作的協(xié)同。本發(fā)明采用了產(chǎn)品族設(shè)計(jì)的思想，可以快速設(shè)計(jì)制造出能滿足不同類型、不同型號(hào)機(jī)床需要的品種，本發(fā)明可以快速地安裝在機(jī)床上，通過提出的“時(shí)間同步法”控制附件與機(jī)床協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)工件在加工過程中的在線超聲檢測。
【專利說明】機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測附件及其完成的時(shí)間同步控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于超聲自動(dòng)檢測的【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測附件 及其完成的時(shí)間同步控制方法，其利用機(jī)床作為檢測平臺(tái)，擴(kuò)大了機(jī)床的適用范圍，使不同 種類的機(jī)床具有在線超聲自動(dòng)檢測功能。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著工業(yè)生產(chǎn)中質(zhì)量意識(shí)的不斷提高和市場競爭壓力的加大，無損檢測技術(shù)在全 面質(zhì)量控制中越來越起著舉足輕重的作用。而超聲檢測這種應(yīng)用最廣泛、使用頻率最高的 無損檢測技術(shù)，借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、電子技術(shù)、機(jī)電一體化技術(shù)、信號(hào)處理技 術(shù)等正向著數(shù)字化、圖像化、智能化和自動(dòng)化方向發(fā)展，集中體現(xiàn)在研究開發(fā)數(shù)字化、圖像 化、智能化的自動(dòng)檢測系統(tǒng)。但自動(dòng)檢測技術(shù)的發(fā)展還存在下列問題： 1、超聲自動(dòng)檢測設(shè)備投資費(fèi)用高昂，往往要幾十萬，幾百萬甚至上千萬，而且絕大多數(shù) 是針對某一種至多是幾種被檢工件的封閉式專用系統(tǒng)，檢測對象范圍窄，通用性差，檢測成 本1?。
[0003] 2、超聲自動(dòng)檢測是傳感器、機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、信號(hào)處理、圖像處理及顯示 等多種技術(shù)的集成，其技術(shù)復(fù)雜程度較高，開發(fā)難度較大。
[0004] 3、零件的超聲檢測與加工在不同的設(shè)備上完成，增加了檢測的輔助時(shí)間，降低了 檢測效率，增加了檢測成本。
[0005] 4、超聲檢測專業(yè)隊(duì)伍中高級(jí)技術(shù)人員和高級(jí)操作人員所占比例較小，阻礙了超聲 自動(dòng)檢測技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。
[0006] 由于上述問題的存在，目前超聲自動(dòng)檢測技術(shù)還主要應(yīng)用于一些缺陷嚴(yán)重影響其 工作性能甚至造成災(zāi)難性后果的構(gòu)件，如航空、航天、兵器、船舶、核工業(yè)和石油管道等領(lǐng) 域的一些關(guān)鍵構(gòu)件的檢測和監(jiān)控，而對大量的普通零件不進(jìn)行檢測，即使檢測大多還停留 在手工檢測階段，采用自動(dòng)檢測技術(shù)的很少。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有超聲自動(dòng)檢測技術(shù)存在的上述問題，提供了一種機(jī)床數(shù)控超 聲自動(dòng)檢測附件及其完成的時(shí)間同步控制方法。
[0008] 本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)： 機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測附件，其特征在于其利用機(jī)床作為檢測平臺(tái)，包括超聲發(fā)射接 收部件、超聲輔助探測部件、超聲耦合部件以及數(shù)控部件； 所述的超聲發(fā)射接收部件包括超聲探頭和超聲發(fā)射接收裝置； 所述的超聲輔助探測部件包括與所使用機(jī)床的刀具標(biāo)準(zhǔn)安裝接口相匹配的檢測附件 定位安裝接口模塊、超聲耦合部件定位安裝接口以及附加掃描運(yùn)動(dòng)模塊； 附加掃描運(yùn)動(dòng)模塊包括動(dòng)力模塊以及無自由度掃描機(jī)構(gòu)和/或有自由度掃描機(jī)構(gòu)；無 自由度掃描機(jī)構(gòu)包括將超聲探頭安裝于機(jī)床刀柄上的連接件，有自由度掃描機(jī)構(gòu)為定長掃 描機(jī)構(gòu)和/或有自由度常規(guī)掃描機(jī)構(gòu)；定長掃描機(jī)構(gòu)可輔助機(jī)床運(yùn)動(dòng)到工件表面某點(diǎn)時(shí)探 頭在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中相對于此點(diǎn)距離保持不變，定長掃描機(jī)構(gòu)包括平行四邊形掃描機(jī)構(gòu)和/或 空間虛點(diǎn)掃描機(jī)構(gòu)；平行四邊形掃描機(jī)構(gòu)和空間虛點(diǎn)掃描機(jī)構(gòu)包括一級(jí)自由度和/或二級(jí) 自由度掃描機(jī)構(gòu)；平行四邊形掃描機(jī)構(gòu)包括依次鉸接的公共基座、桿一、桿二以及滑動(dòng)桿， 公共基座的延伸段、桿一、桿二以及滑動(dòng)桿的延伸段形成平行四邊形，公共基座的延伸段和 滑動(dòng)桿的延伸段的交點(diǎn)與檢測點(diǎn)重合，超聲探頭安裝于滑動(dòng)桿上，公共基座與機(jī)床刀柄連 接； 空間虛點(diǎn)掃描機(jī)構(gòu)包括支撐臂和可轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)臂，旋轉(zhuǎn)臂上安裝超聲探頭，超聲探頭 沿與檢測點(diǎn)定長距離的運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)，支撐臂與機(jī)床刀柄連接，空間虛點(diǎn)掃描機(jī)構(gòu)為虛點(diǎn) 邊沿掃描機(jī)構(gòu)和/或虛點(diǎn)跨工件掃描機(jī)構(gòu)； 有自由度常規(guī)掃描機(jī)構(gòu)為常規(guī)跨工件一自由度掃描機(jī)構(gòu)和/或常規(guī)一自由度邊沿掃 描機(jī)構(gòu)； 所述的超聲耦合部件，包括用來實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格探頭的定位安裝的探頭安裝模塊和用來 實(shí)現(xiàn)工件與探頭之間超聲耦合的超聲耦合裝置； 所述數(shù)控部件是控制超聲的發(fā)射接收、超聲耦合、附加掃描運(yùn)動(dòng)并與數(shù)控機(jī)床的主掃 描運(yùn)動(dòng)相協(xié)同。
[0009] 所述的平行四邊形一級(jí)自由度掃描機(jī)構(gòu)包括噴水部件I，噴水部件I通過滑塊I 安裝于滑動(dòng)桿上并通過螺釘緊固，軸三與滑動(dòng)桿固連，且軸三通過軸承可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于桿二 上，齒輪六安裝于軸三上，齒輪五通過軸安裝于桿二上，齒輪四與桿一固連，軸二與桿二固 連，且軸二通過軸承可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于桿一上，齒輪三與軸二固連，齒輪二通過軸安裝于桿一 上，齒輪一與公共基座固連，軸一與桿一固連，軸一通過軸承可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于公共基座上；齒 輪二同時(shí)與齒輪一和齒輪三哨合，齒輪五同時(shí)與齒輪四和齒輪六哨合，桿一與滑動(dòng)桿平行； 公共基座安裝于基座上，基座直接安裝于機(jī)床的刀架臺(tái)。
[0010] 平行四邊形二級(jí)自由度掃描機(jī)構(gòu)，代替基座直接與機(jī)床刀柄連接的是基座上通過 軸承安裝有機(jī)床連接柄，機(jī)床連接柄另一端安裝于機(jī)床的刀架臺(tái)上，帶動(dòng)基座繞機(jī)床連接 柄相對轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)也安裝于基座上。
[0011] 所述的空間虛點(diǎn)掃描機(jī)構(gòu)為虛點(diǎn)邊沿一級(jí)自由度掃描機(jī)構(gòu)，其包括噴水部件II， 噴水部件II通過連接塊II安裝于滑座II上，滑座II定位安裝在支撐臂一上并通過螺釘緊 固，滑座II可以在支撐臂一上滑動(dòng)，支撐臂一通過鍵定位安裝于轉(zhuǎn)軸II上、并通過螺釘鎖 緊，轉(zhuǎn)軸II通過軸承一可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于支撐臂二上，轉(zhuǎn)軸II通過鍵與帶輪一相連，帶輪二通過 鍵與電機(jī)一相連，電機(jī)一通過螺釘定位安裝于安裝座上，安裝座通過螺釘定位安裝于支撐 臂二上，帶輪一與帶輪二用齒形帶相連，軸承一通過軸承端蓋II壓緊在支撐臂二定位孔中， 支撐臂二通過螺釘安裝與支撐臂三上，支撐臂三安裝于支撐底座上，支撐底座定位安裝于 機(jī)床的刀架臺(tái)上。
[0012] 虛點(diǎn)邊沿二級(jí)自由度掃描機(jī)構(gòu)，代替支撐臂三安裝于支撐底座上的是：支撐臂二 和支撐臂三上通過螺釘安裝加強(qiáng)筋，支撐臂三上定位安裝電機(jī)二，電機(jī)二通過鍵連接帶輪 三，機(jī)床連接柄II通過軸承定位安裝于支撐臂三上、其一端端部用定位座和螺栓固定，帶輪 四通過鍵連接在機(jī)床連接柄II上，帶輪三與帶輪四用齒形帶相連，機(jī)床連接柄II另一端安 裝于機(jī)床的刀架臺(tái)上，機(jī)床連接柄II的中心線與轉(zhuǎn)軸II的中心線相交。
[0013] 所述的空間虛點(diǎn)掃描機(jī)構(gòu)為虛點(diǎn)跨工件掃描機(jī)構(gòu)，包括噴水部件III，噴水部件III 通過連接塊III安裝于旋轉(zhuǎn)支撐臂連桿上，旋轉(zhuǎn)支撐臂連桿安裝于旋轉(zhuǎn)支撐臂的外端，旋轉(zhuǎn) 支撐臂定位在滑座III的滑槽中，并可在滑座III和滑座端蓋二組成的滑槽中滑動(dòng)，利用緊定 螺釘III對旋轉(zhuǎn)支撐臂進(jìn)行固定，滑座III通過螺釘與空心軸相連，空心軸通過軸承III安裝于 可調(diào)支撐臂上，空心軸通過鍵與電機(jī)III相連，軸承III通過軸承端蓋III壓緊在可調(diào)支撐臂III 定位孔中，可調(diào)支撐臂III定位在滑座III的滑槽中，并可在滑座III和滑座端蓋二組成的滑槽 中滑動(dòng)，利用緊定螺釘對可調(diào)支撐臂III進(jìn)行固定，滑座III通過螺釘安裝于支撐座III上，支撐 座III通過螺釘安裝于支撐底座III上，將加強(qiáng)筋I(lǐng)II通過螺釘安裝在支撐座III上，將支撐底座 III定位安裝于車床的刀架臺(tái)上。
[0014] 所述常規(guī)跨工件一自由度掃描機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)支撐臂連桿安裝于旋轉(zhuǎn)支撐臂的外端替 代為旋轉(zhuǎn)支撐臂連桿安裝于旋轉(zhuǎn)支撐臂的內(nèi)端。
[0015] 所述常規(guī)一自由度邊沿掃描機(jī)構(gòu)包括噴水部件IV，噴水部件IV通過滑塊IV安裝于 滑臂上，可在滑臂上滑動(dòng)，通過螺釘IV鎖緊，滑臂IV定位安裝于轉(zhuǎn)軸IV上，轉(zhuǎn)軸IV通過軸承 定位安裝于支撐臂IV-上，用軸承擋蓋IV壓緊，使軸承IV可相對于支撐臂IV-轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)IV 定位安裝于電機(jī)座上，并與轉(zhuǎn)軸IV相連，電機(jī)座通過螺釘定位安裝于支撐臂IV-上，支撐臂 IV-通過螺釘與支撐臂IV相連，支撐臂IV二通過螺釘安裝于支撐底座IV上，支撐底座IV定 位安裝于車床的刀架臺(tái)上。
[0016] 本發(fā)明使用切削液作為耦合液，利用機(jī)床自帶的切削液循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)耦合液的循 環(huán)，超聲耦合裝置包括與機(jī)床切削液泵連接的兩支路，檢測支路和加工支路，檢測支路管路 上依次安裝有節(jié)流閥、過濾器、減壓閥以及流量計(jì)構(gòu)成耦合液凈化裝置，耦合液凈化裝置連 接噴水部件，加工支路管路上依次安裝節(jié)流閥和噴嘴，噴水部件包括噴嘴以及腔形體，腔形 體底部設(shè)置噴水部件定位接口，噴水部件定位接口上開有滑槽安裝超聲探頭。
[0017] 機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測附件完成的時(shí)間同步控制方法，附件中探頭的姿態(tài)控制和 超聲的發(fā)射接收是通過"時(shí)間同步法"來實(shí)現(xiàn)與機(jī)床工作的協(xié)同，時(shí)間同步法，先編制出控 制機(jī)床的NC代碼，然后根據(jù)代碼計(jì)算出探頭運(yùn)動(dòng)到各檢測點(diǎn)的時(shí)間，當(dāng)機(jī)床開始執(zhí)行NC代 碼運(yùn)動(dòng)時(shí)，附件通過計(jì)時(shí)可獲得探頭在某一時(shí)刻的檢測位置，從而控制探頭保持相應(yīng)的檢 測姿態(tài)并控制超聲波的發(fā)射接收，以實(shí)現(xiàn)探頭對工件的超聲掃描檢測， 具體步驟如下： a. 利用機(jī)床通用數(shù)控編程方法編制出"機(jī)床加工NC代碼"，然后根據(jù)加工代碼計(jì)算生 成"機(jī)床檢測用NC代碼"和"附件用NC代碼"； b. 將"機(jī)床檢測用NC代碼"傳給數(shù)控機(jī)床； C.將"附件用NC代碼"傳給附件的數(shù)控部件； d. 機(jī)床建立工件坐標(biāo)系，回檢測參考點(diǎn)； e. 附件開始監(jiān)測機(jī)床是否從檢測參考點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)； f. 機(jī)床執(zhí)行"機(jī)床檢測用NC代碼"開始運(yùn)動(dòng)； g. 安裝于檢測參考點(diǎn)的同步傳感器檢測到信號(hào)，附件開始調(diào)整探頭姿態(tài)并檢測； h. 檢測完畢，計(jì)算機(jī)處理檢測數(shù)據(jù)，得出檢測結(jié)果。
[0018] 本發(fā)明采用了模塊化設(shè)計(jì)的思想，可以快速設(shè)計(jì)制造出能滿足不同類型、不同型 號(hào)機(jī)床需要的品種，以即插即用的方式安裝在機(jī)床上使用。對該附件進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)就是 將該附件上同一功能的單元，設(shè)計(jì)成若干個(gè)具有不同性能的、可以互換選用的模塊，根據(jù)用 戶的需要，選擇和組合成不同功能或功能相同但性能、規(guī)格不同的產(chǎn)品。如圖37為模塊分 解圖。
[0019] 本發(fā)明所述方法， 1、"機(jī)床加工NC代碼"是把超聲探頭當(dāng)作一把普通的"加工刀具"，用通用數(shù)控加工編 程方法編制的機(jī)床控制程序，如用手工編程方法或自動(dòng)編程方法編制的NC代碼。"機(jī)床加 工NC代碼"的編程方法：數(shù)控車床(進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為X軸、Z軸2個(gè)自由度）可采用4軸銑床（X 軸、Y軸、Z軸、B軸，且Y=0)的編制方法編制。3軸、4軸數(shù)控銑床的可采用5軸（3個(gè)平動(dòng) 軸、2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸）編程方法編制。
[0020] 2、根據(jù)"機(jī)床加工NC代碼"提取出的"機(jī)床檢測用NC代碼"仍然為機(jī)床可識(shí)別的 NC代碼，使得檢測時(shí)可借助NC代碼控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)。
[0021] 3、"附件NC代碼"主要根據(jù)"機(jī)床加工NC代碼"計(jì)算出機(jī)床運(yùn)動(dòng)到工件表面各位 置的時(shí)間信息作為附件同步工作的參照依據(jù)。
[0022] 本發(fā)明的有益效果是，可對機(jī)床所能加工的各種工件在加工工序之前、加工工序 中間或加工工序之后進(jìn)行超聲自動(dòng)檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)工件內(nèi)部所存在的缺陷，有利地保障了 工件的制造質(zhì)量。同時(shí)，這種技術(shù)借用機(jī)床實(shí)現(xiàn)被檢工件和探測器之間的掃描運(yùn)動(dòng)并且利 用常規(guī)的數(shù)控編程方法編制控制程序，降低了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測的投資成本和技術(shù)難度；并且 減少了場地轉(zhuǎn)換和多次裝夾的時(shí)間，提高了工件的檢測速度，減少了運(yùn)行成本。
[0023] 說明書附圖 圖1機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測附件運(yùn)用于機(jī)床示意圖， 圖2機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測系統(tǒng)組成示意圖， 圖3機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測附件的組成示意圖， 圖4車床加工示意圖， 圖5統(tǒng)床球頭統(tǒng)示意圖， 圖6車削加工局部放大圖， 圖7車削加工局部放大圖， 圖8車床運(yùn)動(dòng)示意圖， 圖9 NC代碼識(shí)別處理流程圖， 圖10車削加工直線運(yùn)動(dòng)示意圖 圖11車削加工圓弧運(yùn)動(dòng)示意圖， 圖12運(yùn)動(dòng)時(shí)能達(dá)到給定進(jìn)給速度后減速示意圖， 圖13運(yùn)動(dòng)時(shí)不能達(dá)到給定進(jìn)給速度即減速示意圖， 圖14檢測過程流程圖， 圖15平行四邊形機(jī)構(gòu)示意圖， 圖16空間虛點(diǎn)機(jī)構(gòu)示意圖， 圖17有自由度常規(guī)掃描機(jī)構(gòu)示意圖， 圖18平行四邊形機(jī)構(gòu)車床檢測示意圖， 圖19空間虛點(diǎn)機(jī)構(gòu)車床跨工件檢測示意圖， 圖20空間虛點(diǎn)機(jī)構(gòu)未跨工件車床檢測示意圖， 圖21三軸機(jī)床示意圖， 圖22四軸機(jī)床示意圖， 圖23 f先削四軸自動(dòng)編程7]^意圖， 圖24銑削四軸自動(dòng)編程代碼用于車床檢測示意圖， 圖25非五軸機(jī)床運(yùn)用常規(guī)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測示意圖， 圖26五軸機(jī)床運(yùn)用附件進(jìn)行檢測示意圖， 圖27平行四邊形法一自由度掃描機(jī)構(gòu)示意圖， 圖28平行四邊形法二自由度掃描機(jī)構(gòu)示意圖， 圖29空間虛點(diǎn)法邊沿檢測二自由度掃描機(jī)構(gòu)示意圖， 圖30空間虛點(diǎn)法邊沿檢測一自由度掃描機(jī)構(gòu)示意圖， 圖31空間虛點(diǎn)法跨工件檢測一自由度掃描機(jī)構(gòu)示意圖， 圖32常規(guī)跨工件一自由度掃描機(jī)構(gòu)示意圖， 圖33常規(guī)邊沿檢測一自由度掃描機(jī)構(gòu)示意圖， 圖34噴水裝置示意圖， 圖35超聲耦合模塊示意圖， 圖36機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測附件功能分解圖， 圖37模塊分解圖， 圖中：1.卜噴水郃件I，1. 2-滑塊I，1. 3-滑動(dòng)桿，1. 4-軸二，1. 5-桿二，1. 6-齒輪六， 1. 7-齒輪五，1. 8-齒輪四，1. 9-軸二，1. 10-桿一，1. 11-齒輪三，1. 12-齒輪二，1. 13-齒輪 一，1. 14-軸一，1. 15-公共基座，1. 16-基座，1. 17-電機(jī)I，1. 18-機(jī)床安裝柄I ; 2. 1-噴水部件II，2. 2-連接塊II，2. 3-支撐臂一，2. 4-轉(zhuǎn)軸II，2. 5-軸承端蓋II， 2. 6-軸承一，2. 7-帶輪一，2. 8-帶輪二，2. 9-安裝座，2. 10-電機(jī)一，2. 11-支撐臂二， 2. 12-加強(qiáng)筋I(lǐng)I，2. 13-帶輪三，2. 14-電機(jī)二，2. 15-支撐臂三，2. 16-機(jī)床安裝柄II， 2. 17-帶輪四，2. 18-軸承二，2. 19-定位座，2. 20-滑座II，2. 21-螺釘II，2. 22-滑座端蓋 II，2. 23-支撐底座； 3. 1-噴水部件III，3. 2-連接塊III，3. 3-旋轉(zhuǎn)支撐臂連桿，3. 4-旋轉(zhuǎn)支撐臂，3. 5-空 心軸，3. 6-軸承III，3. 7-電機(jī)III，3. 8軸承端蓋III，3. 9-可調(diào)支撐臂，3. 10-滑座端蓋一， 3. 11-緊定螺釘，3. 12-滑座III，3. 13-支撐底座III，3. 14-支撐座III，3. 15-加強(qiáng)筋I(lǐng)II， 3. 16-緊定螺釘III，3. 17-滑座III，3. 18-滑座端蓋二； 4. 1-噴水部件IV，4. 2-滑塊IV，4. 3-螺釘IV，4. 4-滑臂，4. 5-轉(zhuǎn)軸IV，4. 6-電機(jī)IV， 4. 7-電機(jī)座，4. 8-支撐臂IV-，4. 9-支撐臂IV二，4. 10-支撐底座IV，4. 11-軸承擋蓋IV ; 1-機(jī)床，2-工件，3-超聲輔助探測部件，4-計(jì)算機(jī)，5-數(shù)控部件，6-超聲發(fā)射接收部 件，7-超聲耦合部件，8-機(jī)床切削液箱，9-切削液電機(jī)，10-刀架，11-卡盤，12-附件機(jī)構(gòu)， 13-無自由度標(biāo)準(zhǔn)接口，14-藕合液接口，15-探頭套，16-探頭出口，17-噴嘴，18-下腔體， 19-腔形體，20-耦合部件定位接口。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說明。
[0025] 本發(fā)明所述的機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測附件是用于使機(jī)床具有超聲自動(dòng)檢測功能 的一類自帶數(shù)控系統(tǒng)的附屬裝置。本發(fā)明與機(jī)床集成在一起組成機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測系 統(tǒng)(如圖1、2所ττΟ,實(shí)現(xiàn)工件在加工過程中的在線超聲自動(dòng)檢測。在該系統(tǒng)中利用機(jī)床的 切削液供給回路作為耦合液回路。將超聲探頭及配套機(jī)構(gòu)安裝在機(jī)床刀具的安裝位置上， 如主軸孔或刀架上，被檢工件安裝在卡盤或工作臺(tái)上。檢測時(shí)，自帶數(shù)控系統(tǒng)控制探頭的附 加掃描運(yùn)動(dòng)配合機(jī)床所提供的主掃描運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對工件的掃描，同時(shí)控制超聲的發(fā)射接收和 耦合液的開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)工件在加工過程中的在線自動(dòng)檢測。檢測結(jié)果可以通過自動(dòng)報(bào)警或 圖像、圖形來顯示。
[0026] 本發(fā)明所述的機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測附件及其與機(jī)床組成的超聲自動(dòng)檢測系統(tǒng) 的技術(shù)特點(diǎn)是： (1)運(yùn)用自帶數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床配合實(shí)現(xiàn)檢測過程的自動(dòng)化。除工件和探頭及配套機(jī)構(gòu) 裝卸手工完成外，檢測運(yùn)行過程在程序的控制下自動(dòng)完成。
[0027] (2)用"時(shí)間同步法"實(shí)現(xiàn)檢測過程中附件的附加掃描運(yùn)動(dòng)與機(jī)床主掃描運(yùn)動(dòng)的協(xié) 同工作，以實(shí)現(xiàn)對工件，特別是外形比較復(fù)雜工件的掃描檢測。
[0028] (3)數(shù)控程序編制簡單。若機(jī)床是數(shù)控機(jī)床，主掃描運(yùn)動(dòng)的程序編制同數(shù)控加工程 序的編制方法相同，而附件控制系統(tǒng)的控制程序可以根據(jù)主掃描運(yùn)動(dòng)控制程序自動(dòng)生成； 若機(jī)床是普通機(jī)床，主掃描運(yùn)動(dòng)利用機(jī)床的自動(dòng)走刀功能來實(shí)現(xiàn)，而附件控制系統(tǒng)只控制 超聲的發(fā)射接收、耦合液的開關(guān)及與主掃描運(yùn)動(dòng)的協(xié)同，因此只要在控制系統(tǒng)中進(jìn)行簡單 的參數(shù)設(shè)置(如設(shè)置檢測分辨率等）就可以實(shí)現(xiàn)檢測過程自動(dòng)化。
[0029] (4)在機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測系統(tǒng)中，采用噴水式耦合方式，以切削液作為耦合 液，對機(jī)床的切削液供給回路進(jìn)行簡單改造作為耦合液回路。
[0030] (5)機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測附件的設(shè)計(jì)采用了產(chǎn)品族的設(shè)計(jì)思想，它們能共享通 用技術(shù)、通用特征、組件或子系統(tǒng)，具有標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi)部接口，使產(chǎn)品的部件能夠完全互換，通 過產(chǎn)品平臺(tái)可以快速設(shè)計(jì)制造出能滿足不同類型、不同型號(hào)機(jī)床需要的品種，而且可以即 插即用。理論上附件可以與各種機(jī)床組成超聲檢測系統(tǒng)，但從集成超聲檢測功能的必要性、 可行性及經(jīng)濟(jì)性上綜合評價(jià)，適合集成超聲檢測功能的機(jī)床主要是金屬切削類機(jī)床，重點(diǎn) 是車床和銑床。而車床和銑床又有多種類型和型號(hào)，還包括車削中心和加工中心。因此本 附件主要針對適合于車床和銑床的超聲自動(dòng)檢測附件進(jìn)行了模塊化、參數(shù)化設(shè)計(jì)。
[0031] (6)在機(jī)床超聲檢測系統(tǒng)中，檢測結(jié)果可以通過簡單的自動(dòng)報(bào)警功能來顯示，也可 以通過圖像、圖形來顯示：即所檢測出的工件內(nèi)部缺陷如裂紋、氣孔、夾雜可以以二維灰度 圖像（C掃描、Β掃描等）進(jìn)行顯示，也可以用三維CAD模型進(jìn)行顯示。
[0032] 機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測附件由超聲發(fā)射接收部件、超聲輔助探測部件、超聲耦合 部件、數(shù)控部件等組成(如圖3所示)。
[0033] ( 1)超聲發(fā)射接收部件的功能是實(shí)現(xiàn)超聲的發(fā)射和接收，并對接受到的數(shù)據(jù)進(jìn)行 模數(shù)轉(zhuǎn)換。該部件包括超聲探頭和超聲發(fā)射接收裝置。
[0034] 超聲探頭也就是所謂的超聲換能器，其功能是實(shí)現(xiàn)電能和機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換。探 頭種類比較多，有直探頭、斜探頭、表面波探頭、水浸探頭、相控陣探頭等。超聲發(fā)射接收裝 置主要功能是激勵(lì)超聲的發(fā)射和接收，對超聲信號(hào)進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)、處理等。常見的超聲發(fā) 射接收裝置有超聲發(fā)射接收卡、模擬探傷卡+A/D卡、臺(tái)式模擬超聲探傷儀+ A/D卡和臺(tái)式 數(shù)字超聲探傷儀等。
[0035] (2)超聲輔助探測部件的功能是實(shí)現(xiàn)自身在機(jī)床刀具安裝位置上的定位安裝、超 聲耦合部件的定位安裝和附加掃描運(yùn)動(dòng)。該部件包括超聲輔助探測部件的定位安裝接口模 塊、超聲耦合部件定位安裝接口和附加掃描運(yùn)動(dòng)模塊。
[0036] 超聲輔助探測部件定位安裝接口模塊能與所使用機(jī)床的刀具標(biāo)準(zhǔn)安裝接口相匹 配，以實(shí)現(xiàn)將整個(gè)超聲輔助探測部件定位安裝在機(jī)床的刀具安裝位置上。超聲耦合部件定 位安裝接口是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械接口，可以實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格的超聲耦合部件的定位安裝。附加 掃描運(yùn)動(dòng)模塊的功能是配合機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)共同實(shí)現(xiàn)檢測掃描。超聲檢測一般要求超聲傳播 方向始終與被檢測工件表面法線方向重合或成一固定角度，即要求進(jìn)行探頭姿態(tài)控制，非 五軸數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)不能完全滿足這一要求，需要超聲檢測附件具備附加掃描運(yùn)動(dòng)模塊， 來滿足掃描運(yùn)動(dòng)功能。
[0037] (3)超聲耦合部件的功能是實(shí)現(xiàn)探頭的定位安裝和超聲耦合，包括探頭安裝模塊 和超聲耦合裝置。探頭安裝模塊用來實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格探頭的定位安裝；超聲耦合模塊用來實(shí) 現(xiàn)工件與探頭之間超聲耦合。
[0038] (4)數(shù)控部件的功能是控制超聲的發(fā)射接收、超聲耦合、附加掃描運(yùn)動(dòng)并與數(shù)控機(jī) 床的主掃描運(yùn)動(dòng)相協(xié)同。
[0039] 機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測附件是使不同種類的機(jī)床具有超聲自動(dòng)檢測功能的一類 自帶數(shù)控系統(tǒng)的附屬裝置。該附件與機(jī)床集成在一起組成機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測系統(tǒng)，實(shí) 現(xiàn)工件在加工過程中的在線超聲自動(dòng)檢測。
[0040] 完備的超聲自動(dòng)檢測掃描運(yùn)動(dòng)不但需要控制探頭的位置，而且還需要控制探頭的 姿態(tài)。在三維空間，只有5軸數(shù)控機(jī)床（3個(gè)平動(dòng)軸、2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸）才能實(shí)現(xiàn)這一控制任務(wù)， 2軸、3軸、4軸機(jī)床都不能完全實(shí)現(xiàn)這一要求。為了實(shí)現(xiàn)探頭的位置和姿態(tài)控制，在機(jī)床超 聲自動(dòng)檢測系統(tǒng)中，檢測掃描運(yùn)動(dòng)由兩部分運(yùn)動(dòng)合成：一是由機(jī)床提供的掃描運(yùn)動(dòng)，稱為主 運(yùn)動(dòng)；二是由附件提供的掃描運(yùn)動(dòng)，稱為附加運(yùn)動(dòng)。機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測附件根據(jù)提供附 加運(yùn)動(dòng)的自由度數(shù)可以分為三種類型：無附加運(yùn)動(dòng)的附件、有一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的附件、有兩個(gè) 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的附件。
[0041] 對普通機(jī)床使用無附加運(yùn)動(dòng)的附件，檢測掃描運(yùn)動(dòng)由機(jī)床的自動(dòng)走刀功能或手工 控制來實(shí)現(xiàn)，附件數(shù)控系統(tǒng)只控制超聲的發(fā)射接收、耦合液的開關(guān)及與主掃描運(yùn)動(dòng)的協(xié)同， 控制功能簡單。只適合簡單形狀工件的檢測，如普通車床可以檢測圓柱類、圓盤類工件，普 通銑床可以檢測平面箱體類零件。
[0042] 對數(shù)控機(jī)床，例如在數(shù)控車床上，要檢測復(fù)雜的回轉(zhuǎn)面，為了保持探頭軸線始終在 回轉(zhuǎn)面的法線上，除了數(shù)控車床提供的軸向（Z向)和徑向（X向)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)外，還需要一個(gè)附 加的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，要用有一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自由度的附件來實(shí)現(xiàn)；在3軸數(shù)控銑床上，要檢測復(fù)雜 的空間曲面工件時(shí)，為了保持探頭軸線始終在空間曲面的法線上或與法線保持固定角度， 除了數(shù)控機(jī)床提供的X、Y、Z三個(gè)方向上的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)外，還需要兩個(gè)附加的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，要用 有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自由度的附件來實(shí)現(xiàn)；在4軸數(shù)控銑床上，要檢測復(fù)雜的空間曲面工件時(shí)， 要用有一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自由度的附件來實(shí)現(xiàn)；在5軸數(shù)控銑床上，要檢測復(fù)雜的空間曲面工 件時(shí)，用無附加運(yùn)動(dòng)的附件來實(shí)現(xiàn)。其它數(shù)控機(jī)床使用哪種類型的檢測附件根據(jù)實(shí)際需要 而定。
[0043] 綜上所述，機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測附件可以適用于普通機(jī)床也可適用于數(shù)控機(jī) 床。普通機(jī)床不帶數(shù)控系統(tǒng)，一般也不需要附件提供附加掃描運(yùn)動(dòng)，附件自帶數(shù)控系統(tǒng)只控 制檢測過程，控制功能簡單。但對數(shù)控機(jī)床來說，機(jī)床具有自身的控制系統(tǒng)，附件也有自己 的數(shù)控系統(tǒng)，兩個(gè)數(shù)控系統(tǒng)怎樣協(xié)同工作，共同完成掃描運(yùn)動(dòng)和檢測過程控制是一個(gè)核心 問題。
[0044] 另外，在機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測附件中還要解決超聲耦合問題及適應(yīng)不同類型不 同型號(hào)機(jī)床的使用問題。
[0045] 因此，對于機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測附件，特別是適用于數(shù)控機(jī)床的超聲檢測附件， 其有以下問題需要解決： (一）在不更改數(shù)控機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)情況下，附件自帶數(shù)控系統(tǒng)控制附加運(yùn)動(dòng)與不同種類 的機(jī)床協(xié)同工作，使探頭在檢測時(shí)保持要求的姿態(tài)和位置，且對檢測過程進(jìn)行控制，完成對 工件的檢測。
[0046] (二）對于常見加工用非5軸數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控車床、三軸數(shù)控銑床等，其機(jī)床的運(yùn) 動(dòng)機(jī)構(gòu)不能保證探頭運(yùn)動(dòng)到較復(fù)雜工件表面時(shí)保持檢測的姿態(tài)要求（即探頭與工件的表面 距離保持不變，與工件表面法線夾角保持不變)，需設(shè)計(jì)一種附加運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)以保證。
[0047] (三）超聲檢測時(shí)耦合問題。
[0048] (四）為滿足不同類型不同型號(hào)機(jī)床所設(shè)計(jì)附件的通用性問題。
[0049] 1.機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測系統(tǒng)控制方法 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是提供一種利用機(jī)床作為檢測平臺(tái)的超聲檢測控制 方法，能滿足在不更改機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)情況下，附件自帶數(shù)控系統(tǒng)控制檢測過程和附加運(yùn)動(dòng) 與不同種類的機(jī)床協(xié)同工作，以實(shí)現(xiàn)對工件特別是外形比較復(fù)雜的工件進(jìn)行掃描檢測。為 此本專利提出了 "時(shí)間同步法"以滿足控制要求。
[0050] 1.1時(shí)間同步法的定義 "時(shí)間同步法"是指"執(zhí)行體B"根據(jù)"執(zhí)行體A"運(yùn)動(dòng)的時(shí)間及軌跡信息對應(yīng)完成相應(yīng) 動(dòng)作的一種工作方式，包括編程方法、時(shí)間計(jì)算方法和具體操作過程。對于機(jī)床數(shù)控超聲自 動(dòng)檢測附件，附件作為"執(zhí)行體B"，機(jī)床作為"執(zhí)行體A"。通過對"機(jī)床加工NC代碼"的識(shí) 別，提取"機(jī)床檢測用NC代碼"，計(jì)算出探頭運(yùn)動(dòng)到各檢測點(diǎn)的時(shí)間，并獲取相應(yīng)軌跡參數(shù)， 生成"附件用NC代碼"。當(dāng)機(jī)床執(zhí)行"機(jī)床檢測用NC代碼"控制的運(yùn)動(dòng)時(shí)，附件執(zhí)行"附件 用NC代碼"控制探頭轉(zhuǎn)動(dòng)、探傷儀的觸發(fā)及耦合液的開關(guān)，從而保證它們協(xié)同工作。
[0051] L 2控制代碼及編程方法 1. 2. 1控制代碼 在數(shù)控機(jī)床與超聲檢測附件組成的數(shù)控超聲檢測系統(tǒng)中，有三種控制代碼："機(jī)床加工 NC代碼"、"機(jī)床檢測用NC代碼"和"附件用NC代碼"。
[0052] "機(jī)床加工NC代碼"是把超聲探頭當(dāng)作一把普通的"加工刀具"，用通用數(shù)控加工 編程方法編制的機(jī)床控制程序，如用手工編程方法或自動(dòng)編程方法編制的NC代碼。
[0053] "機(jī)床檢測用NC代碼"是檢測時(shí)用于控制數(shù)控機(jī)床的程序代碼，它可能與"機(jī)床加 工NC代碼"完全相同，也可能是從"機(jī)床加工NC代碼"中提取出來的。
[0054] "附件用NC代碼"是檢測時(shí)用于控制附件的數(shù)控程序，代碼中包含了根據(jù)"機(jī)床加 工NC代碼"計(jì)算出的機(jī)床運(yùn)動(dòng)到工件表面各位置的時(shí)間信息及軌跡信息，作為附件同步工 作的參照依據(jù)。該代碼是以"機(jī)床加工NC代碼"為基礎(chǔ)通過計(jì)算生成的，是附件數(shù)控系統(tǒng) 可以識(shí)別的代碼。
[0055] 1. 2. 2編程方法 "機(jī)床加工NC代碼"可用"常規(guī)編程方法"和"特定編程方法"來編制。
[0056] ( 1)常規(guī)編程方法 所謂常規(guī)編程方法就是什么樣的數(shù)控機(jī)床就采用對應(yīng)的編程方法編寫數(shù)控程序的方 法，如數(shù)控車床就采用數(shù)控車床編程方法編寫數(shù)控程序，3軸、4軸、5軸數(shù)控銑床就采用3 軸、4軸、5軸數(shù)控銑床編程方法編寫數(shù)控程序。用常規(guī)編程方法編寫的"機(jī)床加工NC代碼" 直接用作"機(jī)床檢測用NC代碼"。采用"常規(guī)編程方法"編制的程序中，只包含了控制機(jī)床 的信息，沒有控制檢測附件附加運(yùn)動(dòng)的信息，但以該代碼為基礎(chǔ)可以計(jì)算生成"附件用NC 代碼"。
[0057] 對于常見加工用非5軸數(shù)控機(jī)床，如數(shù)控車床、3軸數(shù)控銑床等，采用"常規(guī)編程方 法"編制的"機(jī)床加工NC代碼"用作在檢測時(shí)控制機(jī)床的程序時(shí)，探頭所走的軌跡是工件輪 廓的等距線，但不能實(shí)現(xiàn)或不能完全實(shí)現(xiàn)對探頭的姿態(tài)控制，即不能實(shí)現(xiàn)探頭軸線與工件 表面法線夾角保持不變的要求。
[0058] 例如數(shù)控車削控制程序控制車刀運(yùn)動(dòng)時(shí)，刀尖與工件表面接觸，主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，加工出 工件形狀，設(shè)刀具伸出長度為L (圖4, L=albl=a2b2=......=anbn)，由于一次加工時(shí)刀具長度不 變，故刀具參考點(diǎn)B (圖4, bl，b2,……，bn)在X軸方向離工件表面距離也保持不變，刀具的 姿態(tài)保持不變（圖4中車刀刀柄始終平行于X軸)。而超聲檢測需要既控制探頭的位置又要 控制探頭的姿態(tài)，如對于直探頭單發(fā)單收檢測方法，不但要求探頭中心與工件表面距離保 持不變，而且要求探頭軸線必須在工件表面的法線上。對于3軸數(shù)控銑床也具有類似性質(zhì)， 如圖5所示的球頭銑刀的參考點(diǎn)(球心）到工件表面距離保持不變，刀具的姿態(tài)也保持不變 (圖5中刀柄軸線平行于Z軸)，但刀具(刀柄軸線）與工件表面的法線的夾角是變化的。
[0059] 如上所述，采用"常規(guī)編程方法"編制的"機(jī)床加工NC代碼"作為"機(jī)床檢測用NC 代碼"時(shí)，探頭為了實(shí)現(xiàn)檢測，需要設(shè)計(jì)一個(gè)能以工件表面上檢測點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī) 構(gòu)，以圖6中的檢測點(diǎn)a7為例，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)能以a7點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)角度Θ，轉(zhuǎn)動(dòng)半徑為R， 檢測距離為X(如圖7)。
[0060] (2)特定編程方法 所謂特定編程方法是根據(jù)檢測的需要，直接編制出不但包含控制機(jī)床的信息也包含了 附加運(yùn)動(dòng)信息的控制程序的方法，然后從中提取出"機(jī)床檢測用NC代碼"，計(jì)算提取出"附 件用NC代碼"。如2自由度（X軸、Z軸）數(shù)控車床采用4軸銑床（X軸、Y軸、Z軸、B軸）的 精加工程序編制方法編制其檢測用控制程序，即把數(shù)控車床檢測的回轉(zhuǎn)體輪廓曲線作為4 軸數(shù)控銑床加工的平面曲線來進(jìn)行編程，這時(shí)Y=〇,只有X、Z、B三個(gè)坐標(biāo)是控制坐標(biāo)，這個(gè) 程序里包含了姿態(tài)控制的Β軸旋轉(zhuǎn)信息，這時(shí)刀具走出的軌跡和刀具的姿態(tài)如圖8所示， albl、a2b2、......、anbn表不車刀刀柄所在的位置，它們處于工件表面法線上。同理，3軸、4 軸數(shù)控銑床的檢測程序采用5軸編程方法編制，控制程序中也包含了姿態(tài)控制的兩個(gè)旋轉(zhuǎn) 軸的信息。
[0061] 1.3 "檢測用NC代碼"和"附件用NC代碼"的提取和生成 如前分析，"檢測用NC代碼"和"附件用NC代碼"是從"機(jī)床加工NC代碼"中提取、計(jì) 算生成的。不論"機(jī)床加工NC代碼"是采用"常規(guī)編程方法"還是"特定編程方法"編制的， 提取、計(jì)算生成"檢測用NC代碼"和"附件用NC代碼"的處理流程是相同的： a.分析每行代碼，提取機(jī)床從開始運(yùn)動(dòng)到工件表面各點(diǎn)的時(shí)間以及各點(diǎn)的法線方向等 信息，根據(jù)此信息生成檢測時(shí)附件所需的"附件用NC代碼"。
[0062] b.在進(jìn)行a分析每行代碼時(shí)如轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度等對于檢測時(shí)不太合適時(shí)，對其進(jìn) 行適當(dāng)修改并保存到"機(jī)床檢測用NC代碼"。
[0063] 以下是NC代碼識(shí)別處理流程（圖9 ): 1. 4時(shí)間同步法的時(shí)間計(jì)算方法 根據(jù)"時(shí)間同步法"原理，需由"機(jī)床加工NC代碼"計(jì)算出探頭運(yùn)動(dòng)到各檢測點(diǎn)的時(shí)間。 超聲檢測附件需要與機(jī)床協(xié)同工作，在機(jī)床主運(yùn)動(dòng)控制探頭到工件表面每一檢測點(diǎn)時(shí)附加 機(jī)構(gòu)需要同步轉(zhuǎn)動(dòng)到其法線方向，因此我們需要計(jì)算機(jī)床從起點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到工件表面各檢測點(diǎn) 所用的時(shí)間。
[0064] 零件的形狀輪廓由各種線型(如直線、圓弧、螺旋線、拋物線、自由曲線等）組成，但 在實(shí)際加工中，常常用小段直線或圓弧來逼近(擬合）零件的輪廓曲線，同樣在檢測過程中 也用直線或圓弧來逼近被檢工件的輪廓曲線，即"機(jī)床加工NC代碼"所描述的軌跡都是直 線或圓弧。因此，我們可通過"機(jī)床加工NC代碼"求取各檢測點(diǎn)的時(shí)間信息t和工件表面 法向息，計(jì)算方法如下： 設(shè)主軸轉(zhuǎn)速為W (r/min)進(jìn)給速度為F (1)對于直線段ab (如圖10) 坐標(biāo)a(xl, zl)、b (x2, z2)對于直線ab上任意一點(diǎn)c (x3, z3)，其法相量η相同， Of = arctan

【權(quán)利要求】
1. 一種機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測附件，其特征在于其利用機(jī)床作為檢測平臺(tái)，包括超聲 發(fā)射接收部件、超聲輔助探測部件、超聲耦合部件以及數(shù)控部件； 所述的超聲發(fā)射接收部件包括超聲探頭和超聲發(fā)射接收裝置； 所述的超聲輔助探測部件包括與所使用機(jī)床的刀具標(biāo)準(zhǔn)安裝接口相匹配的檢測附件 定位安裝接口模塊、超聲耦合部件定位安裝接口以及附加掃描運(yùn)動(dòng)模塊； 附加掃描運(yùn)動(dòng)模塊包括動(dòng)力模塊以及無自由度掃描機(jī)構(gòu)和/或有自由度掃描機(jī)構(gòu)；無 自由度掃描機(jī)構(gòu)包括將超聲探頭安裝于機(jī)床刀柄上的連接件，有自由度掃描機(jī)構(gòu)為定長掃 描機(jī)構(gòu)和/或有自由度常規(guī)掃描機(jī)構(gòu)；定長掃描機(jī)構(gòu)可輔助機(jī)床運(yùn)動(dòng)到工件表面某點(diǎn)時(shí)探 頭在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中相對于此點(diǎn)距離保持不變，定長掃描機(jī)構(gòu)包括平行四邊形掃描機(jī)構(gòu)和/或 空間虛點(diǎn)掃描機(jī)構(gòu)；平行四邊形掃描機(jī)構(gòu)和空間虛點(diǎn)掃描機(jī)構(gòu)包括一級(jí)自由度和/或二級(jí) 自由度掃描機(jī)構(gòu)；平行四邊形掃描機(jī)構(gòu)包括依次鉸接的公共基座、桿一、桿二以及滑動(dòng)桿， 公共基座的延伸段、桿一、桿二以及滑動(dòng)桿的延伸段形成平行四邊形，公共基座的延伸段和 滑動(dòng)桿的延伸段的交點(diǎn)與檢測點(diǎn)重合，超聲探頭安裝于滑動(dòng)桿上，公共基座與機(jī)床刀柄連 接； 空間虛點(diǎn)掃描機(jī)構(gòu)包括支撐臂和可轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)臂，旋轉(zhuǎn)臂上安裝超聲探頭，超聲探頭 沿與檢測點(diǎn)定長距離的運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)，支撐臂與機(jī)床刀柄連接，空間虛點(diǎn)掃描機(jī)構(gòu)為虛點(diǎn) 邊沿掃描機(jī)構(gòu)和/或虛點(diǎn)跨工件掃描機(jī)構(gòu)； 有自由度常規(guī)掃描機(jī)構(gòu)為常規(guī)跨工件一自由度掃描機(jī)構(gòu)和/或常規(guī)一自由度邊沿掃 描機(jī)構(gòu)； 所述的超聲耦合部件，包括用來實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格探頭的定位安裝的探頭安裝模塊和用來 實(shí)現(xiàn)工件與探頭之間超聲耦合的超聲耦合裝置； 所述數(shù)控部件是控制超聲的發(fā)射接收、超聲耦合、附加掃描運(yùn)動(dòng)并與數(shù)控機(jī)床的主掃 描運(yùn)動(dòng)相協(xié)同。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測附件，其特征在于所述的平行四邊形 一級(jí)自由度掃描機(jī)構(gòu)包括噴水部件I (1.1)，噴水部件I (1.1)通過滑塊I (1.2)安裝于滑 動(dòng)桿（1.3)上并通過螺釘緊固，軸三（1.4)與滑動(dòng)桿（1.3)固連，且軸三（1.4)通過軸承可轉(zhuǎn) 動(dòng)安裝于桿二（1. 5)上，齒輪六（1. 6)安裝于軸三（1. 4)上，齒輪五（7)通過軸安裝于桿二 (1. 5)上，齒輪四（1.8)與桿一（1. 10)固連，軸二（9)與桿二（1. 5)固連，且軸二（1.9)通過 軸承可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于桿一（1. 10)上，齒輪三（1. 11)與軸二（1.9)固連，齒輪二（1. 12)通過軸 安裝于桿一（1. 10)上，齒輪一（1. 13)與公共基座（1. 15)固連，軸一（1. 14)與桿一（1. 10) 固連，軸一（1. 14)通過軸承可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于公共基座（1. 15)上；齒輪二（1. 12)同時(shí)與齒輪一 (1. 13)和齒輪三（1. 11)嚙合，齒輪五（1. 7)同時(shí)與齒輪四（1.8)和齒輪六（1.6)嚙合，桿一 (1. 10)與滑動(dòng)桿（1.3)平行；公共基座（1. 15)安裝于基座（1. 16)上，基座直接安裝于機(jī)床 的刀架臺(tái)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測附件，其特征在于平行四邊形二級(jí)自 由度掃描機(jī)構(gòu)，代替基座直接與機(jī)床刀柄連接的是基座（1. 16)上通過軸承安裝有機(jī)床連接 柄，機(jī)床連接柄（1. 18)另一端安裝于機(jī)床的刀架臺(tái)上，帶動(dòng)基座繞機(jī)床連接柄相對轉(zhuǎn)動(dòng)的 電機(jī)（1. 17)也安裝于基座（1. 16)上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測附件，其特征在于所述的空間虛點(diǎn)掃 描機(jī)構(gòu)為虛點(diǎn)邊沿一級(jí)自由度掃描機(jī)構(gòu)，其包括噴水部件II (2. 1)，噴水部件II (2. 1)通過 連接塊II (2. 2)安裝于滑座II (2. 20)上，滑座II (2. 20)定位安裝在支撐臂一（2. 3)上并通 過螺釘緊固，滑座II (2. 20)可以在支撐臂一（2. 3)上滑動(dòng)，支撐臂一（2. 3)通過鍵定位安 裝于轉(zhuǎn)軸II (2. 4)上、并通過螺釘鎖緊，轉(zhuǎn)軸II (2. 4)通過軸承一（2. 6)可轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于支撐 臂二（2. 11)上，轉(zhuǎn)軸II (2. 4)通過鍵與帶輪一（2. 7)相連，帶輪二（2. 8)通過鍵與電機(jī)一 (2. 10)相連，電機(jī)一（2. 10)通過螺釘定位安裝于安裝座（2. 9)上，安裝座（2. 9)通過螺釘 定位安裝于支撐臂二（2. 11)上，帶輪一（2. 7)與帶輪二（2. 8)用齒形帶相連，軸承一（2. 6) 通過軸承端蓋II (2. 5)壓緊在支撐臂二（2. 11)定位孔中，支撐臂二（2. 11)通過螺釘安裝與 支撐臂三（2. 15)上，支撐臂三（2. 15)安裝于支撐底座（2. 23)上，支撐底座（2. 23)定位安 裝于機(jī)床的刀架臺(tái)上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測附件，其特征在于虛點(diǎn)邊沿二級(jí)自由 度掃描機(jī)構(gòu)，代替支撐臂三（2. 15)安裝于支撐底座（2. 24)上的是：支撐臂二（2. 11)和支 撐臂三（2. 15)上通過螺釘安裝加強(qiáng)筋（2. 12)，支撐臂三（2. 15)上定位安裝電機(jī)二（2. 14)， 電機(jī)二（2. 14)通過鍵連接帶輪三（2. 13)，機(jī)床連接柄II (2. 16)通過軸承（2. 18)定位安裝 于支撐臂三（2. 15)上、其一端端部用定位座（2. 19)和螺栓固定，帶輪四（2. 17)通過鍵連接 在機(jī)床連接柄II (2. 16)上，帶輪三（2. 13)與帶輪四（2. 17)用齒形帶相連，機(jī)床連接柄II (2. 16)另一端安裝于機(jī)床的刀架臺(tái)上，機(jī)床連接柄II (2. 16)的中心線與轉(zhuǎn)軸II (2. 4)的中 心線相交。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測附件，其特征在于所述的空間虛點(diǎn) 掃描機(jī)構(gòu)為虛點(diǎn)跨工件掃描機(jī)構(gòu)，包括噴水部件111(3. 1)，噴水部件111(3. 1)通過連接塊III (3. 2)安裝于旋轉(zhuǎn)支撐臂連桿（3. 3)上，旋轉(zhuǎn)支撐臂連桿（3. 3)安裝于旋轉(zhuǎn)支撐臂（3. 4)的 外端，旋轉(zhuǎn)支撐臂（3. 4)定位在滑座111(3. 17)的滑槽中，并可在滑座111(3. 17)和滑座端 蓋二（3. 18)組成的滑槽中滑動(dòng)，利用緊定螺釘111(3. 16)對旋轉(zhuǎn)支撐臂進(jìn)行固定，滑座III (3. 17)通過螺釘與空心軸（3. 5)相連，空心軸（3. 5)通過軸承111(3. 6)安裝于可調(diào)支撐臂 (3. 9 )上，空心軸（3. 5 )通過鍵與電機(jī)III (3. 7 )相連，軸承III (3. 6 )通過軸承端蓋III (3. 8 )壓 緊在可調(diào)支撐臂III (3. 9)定位孔中，可調(diào)支撐臂III (3. 9)定位在滑座III (3. 12)的滑槽中，并 可在滑座111(3. 12)和滑座端蓋二（3. 10)組成的滑槽中滑動(dòng)，利用緊定螺釘對可調(diào)支撐臂 111(3. 9)進(jìn)行固定，滑座111(3. 12)通過螺釘安裝于支撐座111(3. 14)上，支撐座111(3. 14)通 過螺釘安裝于支撐底座111(3. 13)上，將加強(qiáng)筋111(3. 15)通過螺釘安裝在支撐座111(3. 14) 上，將支撐底座111(3. 13)定位安裝于車床的刀架臺(tái)上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測附件，其特征在于所述常規(guī)跨工件一 自由度掃描機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)支撐臂連桿（3. 3)安裝于旋轉(zhuǎn)支撐臂（3. 4)的外端替代為旋轉(zhuǎn)支撐 臂連桿（3. 3)安裝于旋轉(zhuǎn)支撐臂（3. 4)的內(nèi)端。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測附件，其特征在于所述常規(guī)一自由 度邊沿掃描機(jī)構(gòu)包括噴水部件IV (4. 1)，噴水部件IV (4. 1)通過滑塊IV (4. 2)安裝于滑臂 (4. 4)上，可在滑臂（4. 4)上滑動(dòng)，通過螺釘IV (4. 3)鎖緊，滑臂IV (4. 4)定位安裝于轉(zhuǎn)軸IV (4. 5)上，轉(zhuǎn)軸IV (4. 5)通過軸承定位安裝于支撐臂IV -（4. 8)上，用軸承擋蓋IV (4. 11)壓 緊，使軸承IV (4. 5)可相對于支撐臂IV -（4. 8)轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)IV (4. 6)定位安裝于電機(jī)座（4. 7) 上，并與轉(zhuǎn)軸IV(4. 5)相連，電機(jī)座（7)通過螺釘定位安裝于支撐臂IV -（4. 8)上，支撐臂IV 一（4. 8)通過螺釘與支撐臂IV二（4. 9)相連，支撐臂IV二（4. 9)通過螺釘安裝于支撐底座IV (4. 10)上，支撐底座IV(4. 10)定位安裝于車床的刀架臺(tái)上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2至8之一所述的機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測附件，其特征在于使用切削 液作為耦合液，利用機(jī)床自帶的切削液循環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)耦合液的循環(huán)，超聲耦合裝置包括與 機(jī)床切削液泵連接的兩支路，檢測支路和加工支路，檢測支路管路上依次安裝有節(jié)流閥、過 濾器、減壓閥以及流量計(jì)構(gòu)成耦合液凈化裝置，耦合液凈化裝置連接噴水部件，加工支路管 路上依次安裝節(jié)流閥和噴嘴，噴水部件包括噴嘴以及腔形體，腔形體底部設(shè)置噴水部件定 位接口，噴水部件定位接口上開有滑槽安裝超聲探頭。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的機(jī)床數(shù)控超聲自動(dòng)檢測附件完成的時(shí)間同步控制方法，其 特征在于附件中探頭的姿態(tài)控制和超聲的發(fā)射接收是通過"時(shí)間同步法"來實(shí)現(xiàn)與機(jī)床工 作的協(xié)同，時(shí)間同步法，先編制出控制機(jī)床的NC代碼，然后根據(jù)代碼計(jì)算出探頭運(yùn)動(dòng)到各 檢測點(diǎn)的時(shí)間，當(dāng)機(jī)床開始執(zhí)行NC代碼運(yùn)動(dòng)時(shí)，附件通過計(jì)時(shí)可獲得探頭在某一時(shí)刻的檢 測位置，從而控制探頭保持相應(yīng)的檢測姿態(tài)并控制超聲波的發(fā)射接收，以實(shí)現(xiàn)探頭對工件 的超聲掃描檢測， 具體步驟如下： a. 利用機(jī)床通用數(shù)控編程方法編制出"機(jī)床加工NC代碼"，然后根據(jù)加工代碼計(jì)算生 成"機(jī)床檢測用NC代碼"和"附件用NC代碼"； b. 將"機(jī)床檢測用NC代碼"傳給數(shù)控機(jī)床； c. 將"附件用NC代碼"傳給附件的數(shù)控部件； d. 機(jī)床建立工件坐標(biāo)系，回檢測參考點(diǎn)； e. 附件開始監(jiān)測機(jī)床是否從檢測參考點(diǎn)開始運(yùn)動(dòng)； f. 機(jī)床執(zhí)行"機(jī)床檢測用NC代碼"開始運(yùn)動(dòng)； g. 安裝于檢測參考點(diǎn)的同步傳感器檢測到信號(hào)，附件開始調(diào)整探頭姿態(tài)并檢測； h. 檢測完畢，計(jì)算機(jī)處理檢測數(shù)據(jù)，得出檢測結(jié)果。
【文檔編號(hào)】B23Q17/00GK104289974SQ201410295377
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】張吉堂, 譚繼東, 張永貴, 郭平英 申請人:中北大學(xué)