一种蜂窝材料加工表面质量在机检测设备及其检测方法

本发明涉及智能制造与精密加工，尤其涉及一种蜂窝材料加工表面质量在机检测设备及其检测方法。

背景技术：

1、蜂窝材料是人类研究自然蜂窝结构特点而创造性发明的结构材料，它的结构具有周期性，是由六边形的薄壁框架经过周期性的排列而成。与传统材料的形式和结构不同，蜂窝材料的表面是网格状的，材料体是镂空的、非连续的，这使得蜂窝材料具备了一些不同于传统材料的特点。

2、目前，超声切削是蜂窝材料加工的主要方式。超声切削主要分为直刃刀和圆盘刀两种方式，直刃刀比较适合粗加工和加工曲面，圆盘刀比较适合精加工。超声加工的原理是，超声电源经换能器、变幅杆，将超声振动传递至刀具，让刀具在原本的运动中附加一个高频的超声振动。当刀具接触材料的瞬间，刀具的高频振动会冲击材料，使材料形成微裂纹，从而降低了刀具切削过程中的切削力，改善了表面质量。

3、因为蜂窝材料主要是作为填充材料，需要和上下蒙皮结合，所以蜂窝的表面质量就非常关键和重要。如果蜂窝材料加工表面的表面质量不高，会导致蜂窝材料和上下蒙皮的结合不紧密，不仅会影响该块结构件的力学性能，还会导致该块结构件的服役时间大大的缩短。

4、由上可知，由于蜂窝材料自身的性质和特点，无论是在制造过程中，还是在加工过程中，难免会出现加工误差。所以蜂窝材料的在机检测是非常重要的和急迫的。目前，尚未有研究提出，如何对蜂窝材料的加工表面实现在机检测。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种窝材料加工表面质量在机检测设备及其检测方法，旨在实现对蜂窝材料加工表面质量进行在机检测。

2、为实现上述目的，本发明提出一种蜂窝材料加工表面质量在机检测设备，包括：

3、机台；

4、主轴，设于所述机台上并用于与所述机台的驱动机构驱动连接；

5、刀柄，所述刀柄的第一端与所述主轴连接固定，所述刀柄的第二端用于与刀具可拆卸连接；

6、夹持工装，与所述刀柄的第二端可拆卸连接；以及

7、图像采集部件，固定在所述夹持工装上并用于获取当前视野中待测蜂窝材料表面的图像信息。

8、可选地，所述夹持工装包括背板及分别设于所述背板两边上的第一侧板和第二侧板，所述背板、所述第一侧板与所述第二侧板共同构成供所述图像采集部件容置的容置空间，所述第一侧板上设有用于与所述刀柄连接的连接块，所述连接块设有供连接柱插入的连接孔，所述连接孔的中心线与所述刀柄的中心线处于同一条直线上。

9、可选地，所述连接孔的中心线与所述第一侧板所处的平面形成开口背向所述容置空间的夹角，所述夹角为钝角。

10、可选地，所述夹角的大小为102°±5°。

11、可选地，所述机台上设有三坐标位移机构，所述三坐标位移平台包括x轴导轨、y轴导轨和z轴导轨，所述x轴导轨设于所述y轴导轨上，所述z轴导轨设于所述y轴导轨上，所述主轴设置在所述z轴导轨上。

12、可选地，所述图像采集部件与所述夹持工装通过螺钉固定，所述夹持工装与所述刀柄通过螺柱固定。

13、为实现上述目的，本发明还提出一种蜂窝材料加工表面质量的检测方法，基于如上所述的蜂窝材料加工表面质量在机检测设备，所述检测方法包括以下步骤：

14、在蜂窝材料加工完成后，从所述主轴上拆下装有切削刀具的所述刀柄；

15、将所述图像采集部件通过所述夹持工装安装于所述刀柄或另一刀柄上；

16、将装有所述图像采集部件的所述刀柄或另一刀柄安装于所述主轴上；

17、控制所述图像采集部件移动至目标检测位置；

18、获取当前视野数据，以对待测蜂窝材料表面图像信息进行在机检测，并将所述图像信息传递至控制终端；

19、根据所述图像信息重构表面轮廓，以获得反映蜂窝材料加工表面形貌的信息。

20、可选地，在所述获取当前视野数据，以对待测蜂窝材料表面图像信息进行在机检测，并将所述图像信息传递至控制终端的步骤之前，还包括步骤：

21、调整所述图像采集部件的高度位置，以进行对焦。

22、可选地，在所述将装有所述图像采集部件的刀柄或另一刀柄安装于所述主轴上的步骤中，所述刀柄在装有刀具进行材料加工时的位置坐标与所述刀柄在装有图像采集部件进行材料加工表面检测时的位置坐标保持一致。

23、可选地，所述图像采集部件的工作距离为130mm；和/或

24、所述图像采集部件的单次采集时间为200ms；和/或

25、所述图像采集部件的视野为30mm×16mm；和/或

26、所述图像采集部件的rgb图片分辨率为2160×4096；和/或

27、所述图像采集部件的深度信息精度为1μm～5μm。

28、在本发明的技术方案中，该蜂窝材料加工表面质量在机检测设备包括机台、主轴、刀柄、夹持工装和图像采集部件；主轴设于机台上并用于与机台的驱动机构驱动连接；刀柄的第一端与主轴连接固定，刀柄的第二端用于与刀具可拆卸连接；夹持工装与刀柄的第二端可拆卸连接；图像采集部件固定在夹持工装上并用于获取当前视野中待测蜂窝材料表面的图像信息。可以理解的是，当蜂窝材料加工完成后，可将刀具拆卸下来，再将图像采集部件通过夹持工装固定在刀柄上，然后便可开始进行蜂窝材料加工表面质量在机检测。在检测时，通过机床的位移平台驱动主轴移动，就可以控制图像采集部件到达待检测的位置，这样图像采集部件可以以非接触的方式，获取当前视野的图像信息。因此，通过上述的操作，可以实现在不拆卸蜂窝材料的情况下，在机床原位置上对蜂窝材料的已加工表面实现在机检测。

技术特征：

1.一种蜂窝材料加工表面质量在机检测设备，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的蜂窝材料加工表面质量在机检测设备，其特征在于，所述夹持工装包括背板及分别设于所述背板两边上的第一侧板和第二侧板，所述背板、所述第一侧板与所述第二侧板共同构成供所述图像采集部件容置的容置空间，所述第一侧板上设有用于与所述刀柄连接的连接块，所述连接块设有供连接柱插入的连接孔，所述连接孔的中心线与所述刀柄的中心线处于同一条直线上。

3.如权利要求2所述的蜂窝材料加工表面质量在机检测设备，其特征在于，所述连接孔的中心线与所述第一侧板所处的平面形成开口背向所述容置空间的夹角，所述夹角为钝角。

4.如权利要求3所述的蜂窝材料加工表面质量在机检测设备，其特征在于，所述夹角的大小为102°±5°。

5.如权利要求1所述的蜂窝材料加工表面质量在机检测设备，其特征在于，所述机台上设有三坐标位移机构，所述三坐标位移平台包括x轴导轨、y轴导轨和z轴导轨，所述x轴导轨设于所述y轴导轨上，所述z轴导轨设于所述y轴导轨上，所述主轴设置在所述z轴导轨上。

6.如权利要求1所述的蜂窝材料加工表面质量在机检测设备，其特征在于，所述图像采集部件与所述夹持工装通过螺钉固定，所述夹持工装与所述刀柄通过螺柱固定。

7.一种蜂窝材料加工表面质量的检测方法，基于如权利要求1～6任一项所述的蜂窝材料加工表面质量在机检测设备，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：

8.如权利要求7所述的蜂窝材料加工表面质量的检测方法，其特征在于，在所述获取当前视野数据，以对待测蜂窝材料表面图像信息进行在机检测，并将所述图像信息传递至控制终端的步骤之前，还包括步骤：

9.如权利要求7所述的蜂窝材料加工表面质量的检测方法，其特征在于，在所述将装有所述图像采集部件的刀柄或另一刀柄安装于所述主轴上的步骤中，所述刀柄在装有刀具进行材料加工时的位置坐标与所述刀柄在装有图像采集部件进行材料加工表面检测时的位置坐标保持一致。

10.如权利要求7所述的蜂窝材料加工表面质量的检测方法，其特征在于，所述图像采集部件的工作距离为130mm；和/或

技术总结
本发明公开了一种蜂窝材料加工表面质量在机检测设备及其检测方法，其涉及智能制造与精密加工技术领域。该蜂窝材料加工表面质量在机检测设备包括机台、主轴、刀柄、夹持工装和图像采集部件；主轴设于机台上并用于与机台的驱动机构驱动连接；刀柄的第一端与主轴连接固定，刀柄的第二端用于与刀具可拆卸连接；夹持工装与刀柄的第二端可拆卸连接；图像采集部件固定在夹持工装上并用于获取当前视野中待测蜂窝材料表面的图像信息。本发明提供了一种检测设备及非接触式检测方法，并设计了专用工装，实现了对蜂窝材料加工表面质量进行无损且高效的在机检测。

技术研发人员：冯峰,姜恩来,赵学奇,刘金磊,陈永庆,李友生,林亮亮,许超,马原,冯平法
受保护的技术使用者：清华大学深圳国际研究生院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15