一种在线检测超声波测厚装置的制作方法

本实用新型属于超声波测厚装置的技术领域，具体涉及一种在线检测超声波测厚装置。

背景技术：

在航空结构件数控加工过程中，由于受机床精度、加工基准准确度、刀具磨损、切削振动、工件让刀等因素的影响，零件结构切削时会出现过切或者欠切等导致实际结构厚度与理论厚度不符的情况，实际厚度超过理论厚度公差带会产生零件加工故障。对于航空结构件，特别是大型薄壁零件，厚度测量一方面是在加工过程中对尺寸进行检测，基于厚度检测数据进行补偿从而保证切削厚度合格；另一方面是加工完成后进行检测，作为零件是否加工合格的检验依据。目前使用手持式测厚仪进行检测是最常用的手段，但是手持式检测测量位置不确定性强、测量时工人劳动量大且效率低，而且在加工过程中检测时间长会占用大量数控机床占机时间，造成资源浪费。

专利文献cn204329917u中公开了一种超声波测厚探头，该装置包括探头筒体、探头喷嘴、换能器、压杆、活塞、压键和弹性件，该探头喷嘴连接于该探头筒体的前端，该探头喷嘴开设回转通孔并在其壁上开设出液孔，该换能器与压杆前端固接并适配滑接于该回转通孔，该活塞与压键依次与该压杆后端固接，该探头喷嘴后端面与活塞之间构成能盛装耦合剂的储存腔，该弹性件套接在该压杆上并两端顶抵活塞和探头喷嘴后端面；通过按压该压键带动压杆和换能器向探头喷嘴前端移动，同时活塞挤压储存腔中的耦合剂经出液孔喷洒在换能器的前端面上，实现耦合剂喷涂步骤与测厚步骤的同步进行，但是该装置需要手动按压压键的形式进行触发，不适用于数控加工过程在机测量厚度。

专利文献cn203501992u中公开了一种在线超声波厚度测量装置，该装置包括超声波厚度检测探头、超声波厚度测量控制器两部分，超声波厚度检测探头具有安装杆结构，可以将测量装置安装在数控机床主轴上，通过超声波探头端面接触到工件后位移传感器触发，采集厚度数据，该专利公开的在线超声波厚度测量装置耦合剂施加与超声波探头触发分开进行，不具备测量斜面厚度的功能。

因此针对现有超声波测厚探头应用到在机检测模式时存在的耦合剂喷洒和超声波探头触发测量不同步和欠缺斜面厚度测量功能的缺陷，本实用新型提供一种在线检测超声波测厚装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种在线检测超声波测厚装置，实现同步进行耦合剂喷洒和超声波探头触发测量和兼容斜面厚度测量的功能。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种在线检测超声波测厚装置，包括中空的安装体，所述安装体的空腔内部滑动安装有中空的探头外壳，所述探头外壳远离安装体的一端安装有环状的储液组件，所述储液组件远离探头外壳的一端滑动安装有与储液组件的内腔连通的环状喷嘴；所述储液组件的内部同轴安装有连接杆，所述连接杆的一端延伸至环状喷嘴的内部并万向活动设置有超声波探头。

为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述安装体的两侧设置有滑槽，所述探头外壳的两侧设置有伸入滑槽并沿滑槽滑动的限位螺钉；所述滑槽远离探头外壳的一端设置有位移传感器，所述位移传感器的测量端与限位螺钉的侧面连接。

为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述安装体的中空腔内部与探头外壳的中空腔内部之间同轴设置有弹簧。

为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述储液组件包括活塞体和耦合剂盒，所述耦合剂盒同轴设置在探头外壳远离安装体的一端，所述活塞体同轴设置在耦合剂盒远离探头外壳的一端，所述环状喷嘴同轴滑动设置在活塞体远离耦合剂盒的一端，所述活塞体的中心孔内部同轴安装有连接杆的一端；所述环状喷嘴、活塞体、耦合剂盒的内部均设置有相互连通的环状空腔。

为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述活塞体的两侧沿竖直方向设置有导向槽，所述环状喷嘴的两侧对应导向槽设置有突块，所述突块滑动设置在导向槽内部。

为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述活塞体为筒体结构，所述活塞体内部设置有环状空腔；所述活塞体的环状空腔的顶部通过若干沿周向设置的单向阀与耦合剂盒的环状空腔连通；所述环状空腔的底部开口，所述环状喷嘴同轴滑动设置在环状空腔的底部开口中。

为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述环状喷嘴呈筒体结构，所述环状喷嘴的内部设置有环状空腔，所述环状喷嘴的环状空腔的顶部通过若干沿周向设置的入液孔与活塞体的环状空腔连通，所述环状喷嘴的环状空腔的底部沿周向设置有若干喷射口。

为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述耦合剂盒的环状空腔的底部外侧面上设置有带有封盖的加注口和观察窗。

为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述超声波探头与连接杆的一端之间通过橡胶垫万向转动连接，所述连接杆的靠近探头外壳的一端同轴设置有延伸至探头外壳的中空腔内部的保护套。

为了更好的实现本实用新型，进一步地，所述保护套为中空结构，所述保护套的中空腔中设置有与超声波探头连接的导线，所述导线向上延伸至探头外壳和安装体的中空腔内部。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本实用新型通过在安装体的一端滑动设置探头外壳，在探头外壳靠近待测厚平面的一端设置储液组件用于储存耦合剂，同时在储液组件靠近待测厚平面的一端滑动设置环状喷嘴，同时在储液组件的内部设置连接杆，在连接杆靠近待测厚平面的端头万向转动安装超声波探头，通过朝向待测厚平面按压安装体，使环状喷嘴受压并向待测厚平面喷涂耦合剂，同时环状喷嘴回缩使超声波探头露出与待测厚平面提盒，实现对平面的测厚，同时万向转动连接的超声波探头能够伴随不同倾角的斜面倾斜，以适应斜面的测厚；本实用新型具有对测厚平面同步进行耦合剂喷涂和测厚、兼容斜面的厚度测量的有益效果；

（2）本实用新型通过在安装体的两侧设置滑槽，在探头外壳的两侧对应设置限位螺钉，限位螺钉沿着滑槽进行滑动，当超声波探头受压时，进而带动储液组件及探头外壳朝向靠近安装体的方向滑动，限位螺钉进而推动位移传感器的测量端，通过位移传感器测量得出探头外壳与安装体的相对位移，进而通过相对位移设置超声波探头的触发阈值和防错阈值，实现对超声波探头的精准触发和安全防护；

（3）本实用新型通过在套头外壳和安装体之间设置弹簧，通过弹簧使探头外壳处于安装体的底部，对探头外壳进行限位，当探头外壳受压时，弹簧压缩使探头外壳移动，外力撤去后，弹簧伸展使探头外壳复位，便于进行下一次测厚；

（4）本实用新型通过在连接杆靠近安装体的一端同轴设置中空的保护套，保护套的空腔内部用于穿过导线，对连接超声波探头的导线进行有效保护；

（5）本实用新型通过在安装体远离测厚平面的一端设置安装柄，通过安装柄实现测厚装置于机床主轴的连接，使测厚装置能够与机床主轴同步移动进行测厚，取代了人工手持测厚装置进行测厚。

附图说明

图1为本实用新型的内部结构示意图；

图2为本实用新型的装配示意图；

图3为本实用新型的外部结构示意图；

图4为本实用新型的内部结构装配图；

图5为储液组件的装配示意图；

图6为耦合剂盒的结构示意图；

图7为活塞体的结构示意图；

图8为单向阀在活塞体上的安装示意图；

图9为环状喷嘴的结构示意图。

其中：1-环状喷嘴；2-活塞体；3-耦合剂盒；4-探头外壳；5-安装体；7-限位螺钉；9-弹簧；10-保护套；11-连接杆；12-橡胶垫；13-超声波探头；14-导线；15-位移传感器；16-观察窗；19-入液口；20-喷射口；23-加注口；31-单向阀；01-滑槽；02-导向槽；001-储液组件。

具体实施方式

实施例1：

本实施例的一种在线检测超声波测厚装置，如图1-图4所示，包括中空的安装体5，所述安装体5的空腔内部滑动安装有中空的探头外壳4，所述探头外壳4远离安装体5的一端安装有环状的储液组件001，所述储液组件001远离探头外壳4的一端滑动安装有与储液组件001的内腔连通的环状喷嘴1；所述储液组件001的内部同轴安装有连接杆11，所述连接杆11的一端延伸至环状喷嘴1的内部并万向活动设置有超声波探头13。

安装体5呈中空的筒体结构，安装体5的一端同轴设置有安装柄，安装体5通过安装柄固定在通用刀柄上，然后将通用刀柄与机床主轴连接，实现安装体5在机床主轴上的安装。安装体5的内部空腔远离安装柄的一端内侧同轴滑动安装有探头外壳4，探头外壳4也呈中空筒体结构，探头外壳4的中空腔和安装体5的中空腔连通。探头外壳4远离安装体5的一端的内侧设置有内螺纹，储液组件001靠近探头外壳4的一端的外侧设置有与探头外壳4端头的内螺纹匹配外螺纹，实现储液组件001在探头外壳4的端头的螺装。储液组件001上设置有中心通孔，且储液组件001的内部设置有环状空腔用于储存耦合剂，储液组件001远离探头外壳4的一端为锥形的出液端，储液组件001的出液端上同轴滑动安装有环状喷嘴1，环状喷嘴1的顶部同轴插装进入储液组件001的环状空腔之中。环状喷嘴1呈筒体结构，且环状喷嘴1的内部也设置有环状空腔，且环状喷嘴1内部的环状空腔与储液组件001内部的环状空腔连通。储液组件001的中心孔内侧设置有内螺纹，连接杆11的一端的外侧对应储液组件001的中心孔内侧的内螺纹设置有外螺纹，实现连接杆11的一端在储液组件001的中心孔内的螺接。

进行测厚时，将环状喷嘴1的端面贴合在待测厚的表面上，然后储液组件001的环状空腔中的耦合剂进入环状喷嘴1的环状空腔中，进而通过环状喷嘴1喷洒至待测厚的表面上完成耦合剂的预先喷涂。然后继续朝向待测厚平面按压安装体5，此时环状喷嘴1受压并滑动朝向储液组件001互动，此时，连接杆11端头处的超声波探头13露出并与待测厚平面接触，进行在线测厚。由于超声波探头13与连接杆11的端头之间采用万向转动连接，即使待测厚平面为斜面，在外部压力的作用下，也会使超声波探头13伴随待测厚平面的倾斜角度进行相应转动，使超声波探头13与斜面贴合，实现对斜面的测厚。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上做进一步优化，如图4所示，所述安装体5的两侧设置有滑槽01，所述探头外壳4的两侧设置有伸入滑槽01并沿滑槽01滑动的限位螺钉7；所述滑槽01远离探头外壳4的一端设置有位移传感器15，所述位移传感器15的测量端与限位螺钉7的侧面连接。

限位螺钉7螺装在探头外壳4的两侧，且限位螺钉7远离探头外壳4的一端延伸至滑槽01的内部。正常状态下，在探头外壳4的自重作用下，探头外壳4两侧的限位螺钉7位于滑槽01的底端，限位螺钉7的回转面与滑槽01的侧面之间采用间隙配合，当探头外壳4的底部受压时，限位螺钉7即沿着滑槽01向上滑动，进而使得探头外壳4向上进入安装体5的中空腔中。限位螺钉7的回转面的顶部设置有底面为定位平面的凹槽，限位螺钉7安装时使定位平面水平朝上放置，位移传感器15的主体固连在安装体5上，位移传感器15的测量部件端头与定位平面配合，当探头外壳4及其连接的部件受外力作用进而与安装体5之间的相对位置关系发生改变时，限位螺钉7沿滑槽01向上运动，位移传感器15的测量部件随限位螺钉的移动而伸缩，实现探头外壳4及其连接部件与安装体5相对位移变化的测量。然后位移传感器15将测量的位移数值发送至控制系统，通过控制系统设置阈值，通过阈值控制探头外壳4底部的超声波探头13采集数据的触发以及超声波测厚装置运动与设定阈值产生异常时的防错处理。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例1或2的基础上做进一步优化，如图1和图4所示，所述安装体5的中空腔内部与探头外壳4的中空腔内部之间同轴设置有弹簧9。

安装体5的顶部内侧设置有安装体凸缘，探头外壳4的底部内侧设置有探头凸缘，在安装体凸缘的底面与探头凸缘的顶面之间设置有与安装体5同轴的弹簧9，弹簧9平时处于压缩状态，在弹簧9的弹力作用下，弹簧9强探头外壳4向下顶紧，使探头外壳4两侧的限位螺钉7处于滑槽01的底端，实现对探头外壳4的限位。当探头外壳4的底部受到向上的压力时，此时弹簧9压缩，探头外壳4沿着滑槽01向上滑动。撤去外力后，弹簧9伸展带动探头外壳4沿着滑槽01向下复位。

本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例1-3任一项的基础上做进一步优化，如图1-图3所示，所述储液组件001包括活塞体2和耦合剂盒3，所述耦合剂盒3同轴设置在探头外壳4远离安装体5的一端，所述活塞体2同轴设置在耦合剂盒3远离探头外壳4的一端，所述环状喷嘴1同轴滑动设置在活塞体2远离耦合剂盒3的一端，所述活塞体2的中心孔内部同轴安装有连接杆11的一端；所述环状喷嘴1、活塞体2、耦合剂盒3的内部均设置有相互连通的环状空腔。

耦合剂盒3呈中心带有通孔的筒体结构，耦合剂盒3的内部设置有环状空腔用于存放耦合剂，耦合剂盒3的一端外侧设置有与探头外壳4一端的内螺纹匹配的外螺纹，通过外螺纹与内螺纹之间的匹配实现耦合剂盒3在探头外壳4一端的安装。耦合剂盒3内部的环状空腔远离探头外壳4的一端设置有环状开口，环状开口的内侧设置有内螺纹，活塞体2的一端对应耦合剂盒3的环状开口内侧的内螺纹设置有外螺纹，通过外螺纹与内螺纹之间的匹配，实现活塞体2在耦合剂盒3的环状开口处的安装。活塞体2的内部设置有环状空腔，活塞体2内部的环状空腔靠近耦合剂盒3的一端对应耦合剂盒3内部的环状空腔设置有开口，耦合剂盒3内部的耦合剂通过开口进入活塞体2内部的环状空腔之中。活塞体2的环状空腔靠近待测厚平面的一端设置环状开口，环状喷嘴1的一端滑动设置在活塞体2的一端的环状开口内部，环状喷嘴1的内部设置有环状空腔，且环状喷嘴1靠近活塞体2的一端对应活塞体2的环状开口设置有进液孔，活塞体2的环状空腔内部的耦合剂经过进液孔进入环状喷嘴1的环状空腔内部，环状喷嘴1的环状空腔靠近待测厚平面的一端沿周向设置有若干喷液孔，环状喷嘴1的环状空腔内部的耦合剂经过喷液孔喷洒在待测厚平面上。

本实施例的其他部分与上述实施例1-3任一项相同，故不再赘述。

实施例5：

本实施例在上述实施例1-4任一项的基础上做进一步优化，如图7所示，所述活塞体2的两侧沿竖直方向设置有导向槽02，所述环状喷嘴1的两侧对应导向槽02设置有凸块，所述凸块滑动设置在导向槽02内部。

环状喷嘴1的两侧一体化设置有凸块，活塞体2的两侧对应环状喷嘴1两侧的凸块设置有竖直的导向槽02，凸块的回转面与导向槽02的侧面之间采用间隙配合，便于凸块在导向槽02内部的顺利滑动。环状喷嘴1未受到待测厚平面的挤压时，环状喷嘴1在自重的作用下，使环状喷嘴1的凸块位于活塞体2的导向槽02的底端，此时环状喷嘴1靠近活塞体2的一端仍然位于活塞体2的环状空腔内部。环状喷嘴1受到待测厚平面的挤压时，凸块沿着导向槽02向上滑动，即环状喷嘴1朝向靠近活塞体2的方向滑动，进而使得超声波探头13露出并与待测厚平面接触。

本实施例的其他部分与上述实施例1-4任一项相同，故不再赘述。

实施例6：

本实施例在上述实施例1-5任一项的基础上做进一步优化，如图7和图8所示，所述活塞体2为筒体结构，所述活塞体2内部设置有环状空腔；所述活塞体2的环状空腔的顶部通过若干沿周向设置的单向阀31与耦合剂盒3的环状空腔连通；所述环状空腔的底部开口，所述环状喷嘴1同轴滑动设置在环状空腔的底部开口中。

活塞体2为具有中心通孔的筒体结构，且活塞体2的内部设置有环状空腔。活塞体2的顶部沿周向对应设置有若干与耦合剂盒3内部的环状空腔连通的通孔，通孔内壁上设置有内螺纹，单向阀31的外壁上对应通孔的内螺纹设置有外螺纹并螺装在通孔的内部。单向阀31的内部设置有复位弹簧和钢珠，在未受到环状空腔内部耦合剂压力作用时，钢珠在自身重力和弹簧的弹力作用下使单向阀31保持通畅，使得耦合剂能够从耦合剂盒3的环状空腔内部流入活塞体2的环状空腔内部。活塞体2内部的环状空腔靠近待测厚平面的一端设置有环状开口，环状开口内部滑动安装有环状喷嘴1的一端，环状喷嘴1受压时朝向靠近活塞体2的方向滑动并挤压活塞体2的环状空腔内部的耦合剂，此时单向阀31受到耦合剂的压力关闭，然后活塞体2的环状空腔内部的耦合剂在压力作用下进入环状喷嘴1的内部并经过环状喷嘴1喷洒至待测厚平面上。

本实施例的其他部分与上述实施例1-5任一项相同，故不再赘述。

实施例7：

本实施例在上述实施例1-6任一项的基础上做进一步优化，如图9所示，所述环状喷嘴1呈筒体结构，所述环状喷嘴1的内部设置有环状空腔，所述环状喷嘴1的环状空腔的顶部通过若干沿周向设置的入液孔19与活塞体2的环状空腔连通，所述环状喷嘴1的环状空腔的底部沿周向设置有若干喷射口20。

环状喷嘴1的一端为进液端，环状喷嘴1的另一端为喷液端，环状喷嘴1的进液端滑动设置在活塞体2的环状空腔中并通过若干入液孔19实现环状喷嘴1的环状空腔和活塞体2的环状空腔之间的连通，然后耦合剂通过喷射口20喷射在待测厚平面上。

超声波测厚装置使用时，根据nc程序设定，由机床主轴头驱动，先快速运动至被测位置上方一定距离，然后慢速接近被测表面，首先是环状喷嘴1接触被测面后向上滑动，此时活塞体2顶部的单向阀31关闭，活塞体2的腔体内部压强逐渐增大，活塞体2的环状空腔内的耦合剂通过入液口19进入注液腔，注液腔由活塞体2的环状空腔与环状喷嘴1的环状空腔共同构成，然后耦合剂通过喷射口20喷洒在被测表面上。

超声波测厚装置受程序控制继续向下移动，超声波探头13接触被测表面后向上运动，因为超声波探头13和活塞体2、耦合剂盒3、探头外壳4等结构通过螺纹连接，超声波探头13的向上运动驱动探头外壳4沿滑槽01向上滑动，与安装体5的相对位置关系改变，位移传感器15检测到位移变化，当位移变化量达到设定的触发阈值时控制系统记录超声波探头13的厚度检测值，如果被测位置的结构或余量值与编制程序时理论设定不同，当测量信号已触发采集后超声波探头13受程序控制仍然向下运动，为防止超声波探头13受过量压缩导致损坏，通过设定防错阈值，当探头外壳4与安装体5的相对位移量达到防错阈值时暂停程序，机床停止运动。

本实施例的其他部分与上述实施例1-6任一项相同，故不再赘述。

实施例8：

本实施例在上述实施例1-7任一项的基础上做进一步优化，如图5和图6所示，所述耦合剂盒3的环状空腔的底部外侧面上设置有带有封盖的加注口23和观察窗16。

耦合剂盒3的外侧面上对应环状空腔的底部设置有加注口23，加注口23平时通过封盖堵住，在需要加注耦合剂时将封盖圈并通过加注口23向耦合剂盒3的环状空腔内部加注耦合剂。

为了便捷观察耦合剂盒3内部的耦合剂是否用完，在耦合剂盒3的外侧面上设置有透明的观察窗16，且观察窗16上设置有刻度，通过刻度即可直观观察耦合剂的剩余量并进行耦合剂的及时补充。

本实施例的其他部分与上述实施例1-7任一项相同，故不再赘述。

实施例9：

本实施例在上述实施例1-8任一项的基础上做进一步优化，如图1、图2、图4所示，所述超声波探头13与连接杆11的一端之间通过橡胶垫12万向转动连接，所述连接杆11的靠近探头外壳4的一端同轴设置有延伸至探头外壳4的中空腔内部的保护套10。

连接杆11靠近待测厚平面的一端与橡胶垫12的一端通过球铰实现万向转动连接，橡胶垫12的另一端上螺接或粘接有超声波探头13，超声波探头13受压时，橡胶垫12能有效缓冲压力，同时通过橡胶垫12与连接杆11端头的万向转动连接结构，实现橡胶垫12带动超声波探头13与不同倾斜角度的斜面贴合，实现对斜面的测厚。连接杆11远离待测厚平面的一端同轴设置有中孔的保护套10，保护套10延伸至储液组件001、探头外壳4、安装体5的中心空腔中，保护套10的内部空腔用于走线并对线缆进行保护。

本实施例的其他部分与上述实施例1-8任一项相同，故不再赘述。

实施例10：

本实施例在上述实施例1-9任一项的基础上做进一步优化，如图4所示，所述保护套10为中空结构，所述保护套10的中空腔中设置有与超声波探头13连接的导线14，所述导线14向上延伸至探头外壳4和安装体5的中空腔内部。

导线14用于将超声波探头13与外部控制系统连接，导线14依次穿过橡胶垫12、连接杆11和保护套10内部空腔，以螺旋状形式放置在安装体5和探头外壳4形成的空腔中，安装体5的顶部设置有导线孔，导线14通过导线孔穿出安装体5并与外部控制系统连接，接受指令进行数据采集，导线14以螺旋状结构放置，保证探头外壳4及其连接部件和安装体5发生相对滑动时不会产生导线14受力折断的问题。

本实施例的其他部分与上述实施例1-9任一项相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。