专利名称：一种超声波测量物体表面接触状况的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于测量装置领域，涉及一种超声波测量装置，尤其是超声波测量物体表面接触状况的装置。
背景技术：
在汽车、飞机、机床等大型机械系统中存在大量的结合面，而结合面的接触状况直接影响机械系统的刚度、热传递、稳定性。所以，测量结合面的接触状况对于研究机械系统的性能有重要的意义。而上述这些参数都与结合面的表面形貌有关，因而测量结合面的表面形貌对于研究结合面的特征参数具有重要的指导意义。结合面的表面形貌是结合面的微观特征，如何准确的测量出两个结合面接触的微观形貌，有助于分析物体接触刚度、热稳定性。目前测量结合面的方法有很多，诸如涂粉测量法、χ射线测量法、超声测量法等等。 涂粉测量法属于比较传统的测量方法，它的操作比较简单，但是涂粉测量法主要是根据操作者的经验，而且测量的精度很低。X射线测量法精度相对价高，测量结果准确，但是χ射线的设备价格高，射线对人体的伤害比较大、因此，我们选择超声波来测量结合面，由于超声波具有无损探伤的特点，而且超声波对人体无害，测量精度高，结果准确，因而超声波将是今后测量结合面的首选方法之一。
发明内容本实用新型的目的是提供一种超声波测量物体表面接触状况的装置，通过直接测量入射波、反射波的幅值，来计算反射率，根据反射率计算出接触的面积大小。本实用新型通过以下技术方案来实现，包括调节装置、测量装置、加载装置、固定装置、测量支架，其特征在于，所述加载装置是装夹在固定装置上，加载装置上方依次是测量装置和待测试件，测量装置和调节装置通过紧固件装夹在测量支架上。其调节装置主要包括y向伺服电机，回转台，χ向导轨，ζ向伺服电机，其中y向伺服电机通过y向立柱固定在y向支架上，χ向导轨固定在测量台的底座上，而χ向导轨安装在χ向导轨上面，两者始终保持紧密接触，Z向伺服电机固定在ζ向立柱上。测量装置主要包括超声波探头和压力式传感器，超声波探头固定在ζ向滑块上， 压力式传感器通过千斤顶垫片固定在千斤顶上。固定装置包括上顶板，试验台底板，试验台上顶板通过试验台立柱和试验台螺母固定在试验台底板，试验台底板通过回转台上的固定压板使整个试验台装夹在回转台上。喷头装置(1 连接在ζ向滑块，在超声波探头的周围有八个同样大小的喷油嘴。本实用新型主要是基于水浸式超声波探头，充分利用了水浸式超声波探头测量复杂表面的优点，同时，设计具有喷头装置的超声波探头增强了水浸式超声波测量的适应性。 在测量复杂工件时，不需要制作大规模的容器，也不需要将工件浸没在水中，既节省了成本，又不影响工件的后期使用。同时，本测量装置可以实现x、y、z向平动和ζ向转动测量，
3结合仿形铣的加工原理，可以实现复杂曲面工件的测量。同时，由于具有ζ向回转工作台， 大大提高了该测量装置测量回转件的工作效率。因而，本测量装置具有适应性强、测量效率高等优点，可以实现多种零件的测量。
图1为本实用新型的测量装置结构示意图；图2为本测量装置超声波探头的结构示意图
具体实施方式
其中1为y向伺服电机，2为测量台立柱，3为试验台螺母，4为试验台底板，5为回转台，6为χ向上导轨，7为χ向下导轨，8为千斤顶，9为千斤顶垫片，10为压力式传感器，11 为下工件，12为上工件，13为试验台上顶板，14为试验台立柱，15为超声波探头及其喷头装置，16为y向立柱，17为ζ向滑块，18为ζ向立柱，19为ζ向伺服电机，20为柱铆钉如图1、图2所示，本实用新型是一种超声波测量物体表面接触状况的装置，主要包括调节装置、测量装置、加载装置、固定装置、测量支架、辅助装置以及待测试件等其调节装置主要包括y向伺服电机1，回转台5，χ向导轨6、7，ζ向伺服电机18。 其中y向伺服电机1通过y向立柱16固定在y向支架上。χ向导轨7固定在测量台的底座上，而χ向导轨6安装在χ向导轨7上面，在运动过程中，两者始终保持紧密接触。Z向伺服电机通过螺栓固定在ζ向立柱18上。其中χ向导轨6、7与，y向伺服电机1和ζ向伺服电机18相互配合实现工件的χ 向移动和超声波探头的1、ζ向移动，回转台5主要是测量回转件时，实现半径方向的测量。 试验台螺母3和试验台立柱14相互配合，主要是根据不同厚度的工件来调节上顶板和底板之间的距离。测量装置主要包括超声波探头15和压力式传感器10。超声波探头通过ζ向滑块 17中的螺母固定在ζ向滑块17上。压力式传感器通过千斤顶垫片9固定在千斤顶上。其中压力式传感器10主要是用来测量加载力的大小，而超声波探头15主要是为了发射和接受脉冲波，并将这些接受的脉冲波输入到计算机控制脉冲发生接收器，最终实现工件厚度和接触的测量。加载装置主要是指千斤顶8及其相应的油泵等，千斤顶8通过试验台底板4上的凹槽固定在试验台底板4上。其中千斤顶主要是为两个工件提供压力，使它们紧密接触。固定装置主要包括试验台上顶板13，试验台底板4及其相应的螺栓螺母，其中试验台上顶板和底板在试验过程中始终保持稳定不变，用以固定工件。试验台上顶板13通过试验台立柱和试验台螺母3固定在试验台底板4。在测量过程中，试验台上顶板1始终保持稳定。试验台底板4通过回转台上的固定压板使整个试验台装夹在回转台5上。测量支架主要包括测量台立柱2，y向立柱16，ζ向立柱18，试验台立柱14。y向立柱16通过y向立柱铆钉20固定在测量台立柱2上，ζ向立柱通过螺栓固定在y向滑块上。测量台立柱和y、z向立柱主要是保证测量台的稳定，试验台立柱14主要是保证工件在测量过程中紧密接触，最终实现稳定测量。[0025]辅助装置主要包括喷头装置15，以及润滑油循环系统(图中未画出)和一些相应的压板，其中，喷头装置15通过螺栓固定在ζ向滑块17上。喷头装置15主要是为了让超声波探头完全浸润在液柱中，润滑油循环系统主要是为了使润滑油循环使用。压板主要是为了将试验台固定在回转台上。待测试件主要包括下工件11，上工件12。上工件通过螺栓固定在试验台上顶板13 上，下工件12上面有球窝，与压力式传感器10突出的半球相互配合，两个试件通过千斤顶提供的压力紧密配合。具体实验步骤(1)装夹工件预先将上工件12通过螺栓固定在试验台上顶板13上，然后按照如图所示的结构，依次将千斤顶8、千斤顶垫片9、压力式传感器10和下工件11安装在下顶板上，在将上顶板通过实验台立柱上的螺栓螺母2、3固定好。(2)固定试验台到测量台将安装好的试验台通过回转台上主用的压板固定在回转台5中心位置上。(3)超声波探头聚焦通过工控机来移动超声波探头15，同时润滑油开始喷射。具体为ζ向伺服电机19先工作，升高超声波探头15到一定高度，防止移动过程中与工件相互碰撞。然后χ方向导轨6和y方向的伺服电机1工作，移动超声波探头到指定点，然后ζ向伺服电机19工作，调节ζ向高度，并通过示波器观察工件上表面的反射波和接触面的反射波的波形，当波形的幅值达到最大时，就完成了超声波的聚焦。(4)测量聚焦完成之后，测量超声波上表面的反射波的幅值和接触面的反射波幅值，同时，采集超声波的信号数据，用以进行matlab仿真分析。(5)整个表面形貌的测量测量完一个点之后，χ方向上移动一个微小位移，测量另一个点，然后，重复上述步骤，当X方向上测量完成之后，移动y—个微小距离，再重新测量。这样，就可以完成整个形貌的测量。(6)形貌测量处理先将测量出来的单点图像进行处理，建立单点的接触状况，然后，再通过matlab软件将各个点的形貌图像拼接起来，这样就可以建立整个表面形貌的图像。本实用新型的测量原理在两个实际工件的接触过程中，由于表面不可能达到绝对光滑，因而在两个相互接触的工件只是在某些区域接触。根据上述情况，我们通过超声波探头发出脉冲波，在两个工件接触的区域超声波发生透射，当两个工件之间有间隙时，超声波就会发生完全发射。因此，不同接触区域超声波的反射和透射是不同的。因此我们可以通过测量反射率，来间接测量接触区域的大小。而反射率是由下面的公式决定的
权利要求1.一种超声波测量物体表面接触状况的装置，包括调节装置、测量装置、加载装置、固定装置、测量支架，其特征在于，所述加载装置是装夹在固定装置上，加载装置上方依次是测量装置和待测试件，测量装置和调节装置通过紧固件装夹在测量支架上。
2.根据权利要求1所述的一种超声波测量物体表面接触状况的装置，其特征在于，其调节装置主要包括y向伺服电机⑴，回转台(5)，χ向导轨(6、7)，ζ向伺服电机(18)，其中y向伺服电机⑴通过y向立柱(16)固定在y向支架上，χ向导轨(7)固定在测量台的底座上，而χ向导轨(6)安装在χ向导轨(7)上面，两者始终保持紧密接触，Z向伺服电机固定在ζ向立柱(18)上。
3.根据权利要求1所述的一种超声波测量物体表面接触状况的装置，其特征在于，测量装置主要包括超声波探头(1 和压力式传感器(10)，超声波探头(1 固定在Z向滑块 (17)上，压力式传感器(10)通过千斤顶垫片(9)固定在千斤顶上。
4.根据权利要求1所述的一种超声波测量物体表面接触状况的装置，其特征在于，固定装置包括上顶板(13)，试验台底板0)，试验台上顶板(1 通过试验台立柱和试验台螺母(3)固定在试验台底板，试验台底板(4)通过回转台上的固定压板使整个试验台装夹在回转台(5)上。
5.根据权利要求1所述的一种超声波测量物体表面接触状况的装置，其特征在于，喷头装置(1 连接在ζ向滑块(17)，在超声波探头的周围有八个同样大小的喷油嘴。
专利摘要本实用新型公开了一种超声波测量物体表面接触状况的装置，该装置包括调节装置、测量装置、加载装置、固定装置、测量支架，其特征在于，所述加载装置是装夹在固定装置上，加载装置上方依次是测量装置和待测试件，测量装置和调节装置通过紧固件装夹在测量支架上。通过直接测量入射波、反射波的幅值，来计算反射率，根据反射率计算出接触的面积大小。
文档编号G01H17/00GK201983772SQ20102068194
公开日2011年9月21日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者张进华, 杜飞, 洪军, 罗增 申请人:西安交通大学, 西安瑞特快速制造工程研究有限公司