回转体工件壁厚及壁厚差检测仪的研究

　　0　引言

　　随着现代检测技术的发展,对各种变曲率壁厚的检测,提出了越来越高的要求。

　　在生产实践中,需要对各种回转体工件壁厚进行检测,一般仍停留在手工检测阶段,测量误差较大,效率低。壁厚检测的定义有两种:一种是待测工件不回转,测头沿工件母线移动测量母线轮廓线上的壁厚;另一种是待测工件回转,测头不动,测量工件横截面轮廓线上的壁厚。壁厚差的定义为:在待测工件轮廓线上,把其壁厚的最大值与最小值之差,作为该轮廓线上的壁厚差。本文介绍的测量仪,主要针对图1所示的回转体工件的壁厚及壁厚差的测量而研制的。

　　1　测量方法和算法设计

　　该测量仪的主要任务是能适应多种回转体工件壁厚及壁厚差的测量,并具有连续、离散和任意位置测量的功能,能对测量数据自动保存、编辑、显示和打印,可绘出轮廓曲线。

　　1.1　测量方法

　　目前,在厚度检测中,主要采用穿透式和非穿透式两种测量方法。穿透式测量是通过测量载体贯穿被测工件来测量厚度,如γ射线、X射线和超声波等。非穿透式测量是通过测量工件内外壁母线,再以内壁母线(或外壁母线)为基准,计算两母线对应点法矢方向距离,作为该点对应的壁厚,如电感、激光等。由于回转体工件内外壁母线为平面曲线,其母线曲率不断变化,用穿透式测量法,必须使探头和回转体工件表面始终保持一定姿态,即探头检测方向始终在回转体工件表面的法矢方向上,以保证测量载体的发射和接收,此方法较难找准对应测点法矢,也给扫描机构的实时调节和探头姿态控制,提出了较高要求。

　　为此,本测量仪采用非穿透式测量法。如图2所示,传感器测头位于回转体内外壁两侧,且两测头安装符合阿贝原则,并沿回转体工件的轴线方向作相对移动,或测头不动而工件作回转运动,两侧测头会将轮廓曲线径向方向的变化,通过传感器输入到计算机中,经过处理后,用三次样条进行插值,可得出内外壁轮廓形状,计算内外壁对应点法矢方向距离,便可得回转体工件壁厚值。这种方法通过使用高精度传感器,理论上能获得较高测量精度,并且控制方便,数据处理简单。

　　1.2　算法设计

　　1.2.1　最小值法

　　最小值法是通过检测回转体工件轮廓,得到转体工件轮廓线上的n个离散点,其坐标均设为(x0,y0),对内外轮廓线进行km次插值,各插值点坐标设为(x,y),其母线轮廓插值方程如下:

　　式中,hj为第j和j+1离散点x轴向距离;mj为第j个离散点上的一阶导数;mj+1为第j+1个离散点上的一阶导数。

　　另外,横截面轮廓线采用周期函数三次样条插值,计算公式从略。