深孔加工连续测厚系统的研究

　　1 引 言

　　由于数控系统配置刀具监控仪后可减少故障停机时间的75%，提高生产率50%以上，因此刀具监控技术已成为各国公认的重大关键技术，但现有刀具监测中对深孔加工的自动监测却寥寥无几，而超声检测可应用于对其的检测中。当前用于各种管材质量检验的超声检测主要包括以检出缺陷为目的的超声探伤和以测量有关尺寸为目的的超声测量。前者的应用较为广泛，而后者的应用则很少，且一般以手工测量为主。对于各种管材来说，常用的便携式超声波测厚仪只能用来对其壁厚进行离线式接触法局部抽检，不适宜于批量在线深孔加工管材壁厚的自动测量。因此要适应现代化大规模生产的需要，必须采用现代先进的自动检测技术对管材的壁厚进行全长全截面全自动在线测量。

　　2超声波测厚原理及其深孔加中工的应用

　　深孔机床加工与一般切削机床加工在操作控制上的最大不同之处在于，深孔加工是在操作者不能凭视觉直接察知的隐蔽条件下进行的。深孔钻头的断屑、排屑、切屑刃的磨损、切削形态、被加工表面状况以至钻头走向是否正确等，都是决定加工成败、质量、效率及成本的重大影响因素，但这些都无法用肉眼直接觉察。传统的方法是操作者通过触摸刀杆和油温、听切削声音、看已排出的切屑形态和油压表指针(摸、听、看)等间接手段来判断加工过程是否正常，甚至可以判断出表面粗糙度的水平，但对于钻头走偏仍无法准确地预知。因此，在深孔加工机床方面，对钻头走向的实时监测，对切削用量的实时调整，应作为控制技术中更加优先的课题加以研究和解决。

　　在一定范围的匀质材料厚度测量中，超声测厚技术应用非常广泛。超声测厚技术从原理上分有谐振式和脉冲反射式两种。脉冲反射式测厚法实质上是测量超声波脉冲在材料中的往返传播时间。对某种材料而言，如果此种材料的声速 c 已知，那么测得超声波在材料厚度方向上两个表面反射波的时间差t，就可根据d=12ct求出材料的厚度 d。

　　3系统组成

　　本测厚系统由两大模块组成，即超声波发射接收电路部分和单片机部分，超声波发射接收电路部分由系统电源模块、发射接收放大电路、可调增益放大检波电路、门选电路、上升沿触发信号等电路组成，单片机部分由最小系统模块、LCD模块、计数模块、按键控制模块、电源模块和串行通信模块组成。

　　系统采用脉冲反射式测厚法，探头采用水浸聚焦纵波直探头检测壁厚。脉冲反射式测厚技术的原理如图1所示。发射电路输出一个上升时间很短，脉冲很窄的周期性电脉冲，通过电缆加到探头上，激励压电晶片产生超声波脉冲。探头发出的超声脉冲进入工件后，在工件的上下两表面形成多次反射。反射波经压电晶片再转换成电信号，经接收电路放大后，由计数电路测出声波在工件两个表面之间的传播时间t，从而获得工件的厚度d。图 1 中 T 为传播媒介表面产生的接收脉冲，S 为被测物体表面产生的接收脉冲，B 为被测物体底面产生的接收脉冲。