超声在机测厚接触力控制方法研究

针对接触式超声在机自动测厚中可靠接触难题,提出了超声探头与被测工件之间接触力控制方法,制定了基于接触力实时反馈的闭环控制策略,建立法向接触力计算模型,设计了接触力调控量向机床位移校正量转化的阻抗模型与接触力滑模变结构控制器,在Simulink环境下对控制模型进行了数值仿真,验证了算法有效性,可实现超声在机测厚中恒定接触力精确跟踪控制;在所研制的测量系统中进行了测量实验,结果表明超声在机扫描测厚接触力控制误差在4N以内,实现了超声在机自动扫描测量过程中的接触状态保持,保证超声传感器输出信号稳定,测厚误差明显减小。

面形自适应超声在机测厚方法研究

针对复杂曲面薄壁零件高效、精密在机测厚难题,提出一种面形自适应的超声在机测厚新方法,创新设计多功能高度集成的超声在机测厚装置,进一步建立超声在机扫描测厚运动控制基本模型。通过基于静力平衡的测量位姿解算和基于首次回波能量衰减的姿态偏角自动辨识,确定出传感器动态调整中的最佳测量姿态。对于具有固定时延的超声回波信号,利用所构造的步长控制函数,设计回波声时变步长自适应计算算法,可有效提高算法收敛速率和减小稳态误差。以弧形和S形薄壁件为典型对象,利用所研发的超声在机测厚系统,开展面形自适应超声在机测厚综合试验研究。试验表明,对在机测量的厚度数据实施姿态偏角误差补偿,其结果与三坐标测量机标定值相比较,测量精度可稳定在0.02 mm以内,满足了复杂薄壁零件在机测厚需求。