[发明专利]一种基于超声的内腔尺寸精密测量装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器视觉技术和工业检测技术领域，具体涉及一种基于超声的内腔尺寸精密测量装置及其方法。

背景技术

机器视觉是一项集合了数字图像处理、机械、控制、计算机软硬件等技术的一项综合技术。机器视觉系统可以实现对产品的无接触检测，可以快速获取大量信息，因此，机器视觉技术作为一种重要的检测手段已经日益引起人们的重视，并在工业检测中得到了越来越广泛的应用。

随着制造技术的不断发展，对精密工件内腔体零部件的需求迅速增长，其应用领域也在不断扩展。精密工件内尺度测量技术为精密工件内腔体零部件的制造和加工提供了有力的检测保障，因而对新技术的发展起到了重要的推动作用。由于被测面在内部，测量工具受到空间限制，使一般探头无法伸入到被测件内部，导致测量过程无法进行，因而精密工件内尺度技术的发展受到限制，使内尺寸的测量原理及方法成为国际上该领域的重要技术难题。目前国内各钢铁公司大都采用标准量具如游标卡尺对工件进行手工测量，只能测得有限几个尺寸，不仅精度低，而且测量结果并不能完全描述工件的情况。虽然国内外学者对此进行了大量研究，提出了一些测量方法，如气动测量法等，从一定程度上满足了某些场合的要求，达到了一定的测量精度，但综合这些测量方法，它们存在的共性问题是：(1)测量精度不够高；(2)对内尺寸表面杂质和毛刺的影响不能消除；(3)对深孔或者盲孔无法完成测量任务。因此工件内腔尺寸测量成为亟待解决的科学问题。

基于超声(超声波)的内腔尺寸精密测量方法集机械、电气和计算机技术于一体，是当前重要的测量工具之一。目前广泛应用于机械制造、电子、汽车和航空航天等工业中。由于它通用型强、测量范围大、精度高、效率高、性能好，已成为一类普遍的测量精密仪器。超声的内腔尺寸精密测量作为现代精密测量方法，既可方便地进行空间三维尺寸的测量，又可实现在线检测及自动化测量。

随着数学、计算机科学、数字图像处理等技术的发展，为工件内腔尺度提供了新的测量技术。本发明提出的基于超声的内腔尺寸精密测量方法，除了具有一般测量的各项功能，还能进行更复杂的工件进行自动测量。自动测量结束后，经过相关的数据处理，得到工件的主要参数，并根据已知指标进行相关判断，给出工件内腔尺寸情况的报告。

发明内容

本发明的主要目的是采用超声的内腔尺寸精密测量方法对工件壁厚进行测量从而计算其内腔尺寸，判断被测工件的内腔尺寸的主要参数。针对工件检测存在的技术及成本问题设计的一种检测速度快、原理简单、结果精确且成本相对低廉的基于超声的内腔尺寸精密测量方法。利用多组超声探头对工件的壁厚进行非接触测量，保证测量安全。同时对多探头的测量数据进行数据融合，通过对多个探头不同角度、不同时刻、不同层次、不同幅度和形状等数据来确定被测对象内部尺寸、形状及分布，给出被测工件的内腔尺寸情况的综合评判。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种基于超声的内腔尺寸精密测量装置，包括：

夹具，夹持待测试件、并能绕轴自转的工具；

探头盒，对置安装有分别连接超声波发射接收卡的两个探头，并安装在轨道上受动力驱使沿待测试件的轴向位移；

循环水路，包括储水槽、位于其中一侧夹具上表面的上水盒、与探头盒连通的储水盘，储水槽中的水由上水管抽至上水盒，再由探头盒供水管连通流至探头盒中，实现探头和水的耦合，最后探头盒的水经过储水盘回流至储水槽中，形成一个循环水路；

驱动装置，驱动探头盒在导轨上位于的动力部件一和驱动夹具绕轴自转的动力部件二；

工控机，内置上述超声波发射接收卡，接收探头检测数据，结合软件进行数据处理，并将结果加以显示；同时控制驱动装置执行动作的控制机构。

所述的循环水路中，储水槽中设置有由工控机控制的水泵与上水管连接，水由水泵驱动循环。

所述的夹具设置有手轮调整待测试件装夹位置。

所述的基于超声的内腔尺寸精密测量装置为一个全密封结构，上述所有部件都位于全密封结构内部，除储水槽、探头盒及储水盘之外的部件均已做防水处理。

所述的全密封结构中，储水槽、上水盒、工控机的安放位置均设有开口装置，便于以上设备的安装和放置。

一种基于超声的内腔尺寸精密测量方法，按照下述步骤进行：

一、待测试件通过夹具水平装夹在试验台上；

二、将探头对置装固在探头盒上，连接探头和工控机内的超声发射接收卡，打开工控机的检测软件，调整探头位置，直到能检测出超声波完整波形为止；