一种超声刀实时振幅自动测量系统技术方案

本发明专利技术公开一种超声刀实时振幅自动测量系统，包括测距检测模块、振动谐波构建模块、驱动疲劳分析模块和驱动补偿调节模块；驱动疲劳分析模块分析出压电驱动器的表面温度下的超声刀的驱动疲劳偏移量；驱动补偿调节模块根据压电驱动器的表面温度下的超声刀的驱动疲劳偏移量进行驱动疲劳偏移量补偿。本发明专利技术通过对超声刀进行振幅测量，能够实时获得超声刀工作过程中的运动轨迹，并建立压电驱动器表面温度对超声刀进行工件加工的偏移程度，并根据表面温度对超声刀加工的偏移程度进行补偿，提高了超声刀加工的精度。超声刀加工的精度。超声刀加工的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种超声刀实时振幅自动测量系统


[0001]本专利技术属于超声刀测量
，涉及到一种超声刀实时振幅自动测量系统。

技术介绍

[0002]超声振动加工的原理是给刀具施加微米级超声频率的振动，并控制其振动频率、振动幅度及振动方向，使加工工具和工件产生周期性的高频分离，从而大幅改善材料的可加工性。椭圆振动切削是在普通切削的基础上，利用振动激励源使刀具产生一个沿椭圆形轨迹运动的附加振动，使刀具与工件之间形成一种变速切削。
[0003]现有技术在超声刀加工过程中，随着压电驱动器对变幅杆进行振动驱动，以驱动位于变幅杆前端的超声刀进行加工，但是随着工作时长的增加，压电驱动器的振动幅值受温度干扰，会发生偏移，导致超声刀对工件加工过程产生偏移，降低工件表面加工的精度；无法根据超声刀的实时振幅绘制出超声刀的运动轨迹；现有超声刀的磨损判断，仅通过人工经验进行判断，存在人为因素，无法准确评估出超声刀在加工过程中的磨损程度。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供的一种超声刀实时振幅自动测量系统，解决了现有
技术介绍
中存在的问题。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种超声刀实时振幅自动测量系统，包括测距检测模块，测距检测模块包括两激光发射光源相互垂直的激光测距传感器，分别检测超声刀进给方向和切削深度上的距离，本系统还包括振动谐波构建模块、驱动疲劳分析模块和驱动补偿调节模块；振动谐波构建模块分别提取两激光测距传感器到超声刀表面的距离，对两激光测距传感器检测到的距离进行关联，根据几何关系获得超声刀刀刃处的实时位置坐标，获取超声刀工作过程中的运动轨迹，对超声刀运动轨迹进行分析，获得超声刀在x轴和Y轴上的振动谐波方程；驱动疲劳分析模块提取驱动变幅杆的压电驱动器在该连续累计工作时长T下的表面温度，通过对压电驱动器表面温度进行分析，获得压电驱动器在该表面温度干扰下的驱动位移的幅值，并结合前后超声刀在x轴和y轴上的振动参数进行驱动疲劳分析，实时分析出压电驱动器的表面温度下的超声刀的驱动疲劳偏移量；驱动补偿调节模块用于获取压电驱动器的表面温度下的超声刀的驱动疲劳偏移量，分别判断超声刀在进给方向和切削方向上的驱动疲劳偏移量是否大于设定的驱动疲劳偏移量阈值，若其中一方向上的驱动疲劳偏移量大于设定的驱动疲劳偏移量阈值，则控制超声刀刀头沿该方向以设定的驱动疲劳偏移量阈值进行驱动疲劳偏移量补偿。
[0006]进一步地，所述激光测距传感器a和激光测距传感器b为同时触发，且测量的同一时间点的数据相关联。
[0007]进一步地，追踪的超声刀刀刃的实时位置坐标（xi，yi），采用几何关系，可知：
超声刀刀尖为菱形，且超声刀刀尖的夹角为，为已知参数，为超声刀的刀刃位于坐标原点且处于静止状态下时，激光测距传感器b到超声刀表面的距离，为超声刀处于静止状态下时，激光测距传感器a到超声刀表面的距离，为在第i次采样时间下，激光测距传感器b到超声刀表面的距离，为第i次采样时间下，激光测距传感器a到超声刀表面的距离;通过上述公式可获得，超声刀刀刃的实时位置坐标xi和yi，分别为。
[0008]进一步地，超声刀在工作过程中分别在x轴和y轴上的构建振动谐波方程的方法，具体包括以下步骤：步骤1、分别提取超声刀的运动轨迹与x轴和y轴的交点位置，与x轴的交点坐标为（x1,0）和（x2,0），与y轴的交点坐标为（0，y1）和（0，y2）；步骤2、计算超声刀在进给方向上的谐波的振幅A和在切削方向上的谐波的振幅B，，；步骤3、抽取n次运动轨迹上的位置坐标，带入振动谐波方程分别推导出在采样时间点t下旋转轴在x轴线和y轴线上的振动初相位，分别为和，且，f为激光测距传感器发出的采样频率，激光测距传感器a和激光测距传感器b的采样频率相同；步骤4、将步骤2中的振动谐波的振幅和步骤3中的振动初相位带入，获得超声刀在x轴上的振动谐波公式以及在y轴上的振动谐波公式。
[0009]进一步地，超声刀的振动频率f1，两激光测距传感器的振动频率f2，满足条件，且f2>>f1，m为采样的次数。
[0010]进一步地，所述驱动疲劳分析模块根据压电驱动器表面温度进行驱动疲劳干扰分析，采用以下方法，具体步骤如下：步骤1、持续供超声刀的压电驱动器固定频率的正弦电压；步骤2、提取驱动变幅杆的压电驱动器在该连续累计工作时长T下的表面温度，绘制表面温度曲线；步骤3、建立该压电驱动器随工作时长下的表面温度模型；
步骤4、获取各表面温度下压电驱动器的驱动位移曲线图，由于压电驱动器的驱动电压为正弦驱动电压，同一表面温度下的驱动位移曲线图呈正弦波；步骤5、提取各表面温度下的驱动位移曲线图中的幅值，建立压电驱动器的表面温度与驱动位移的幅值所对应的映射关系，不同表面温度下的驱动位移曲线发生漂移；步骤6、提取连续累计工作时长t前后超声刀的振动参数，并采用驱动疲劳干扰模型分析出电压驱动器对超声刀的驱动疲劳偏移量，超声刀的振动频率随压电驱动器的振动频率变化而变化；进一步地，所述压电驱动器的表面温度模型为，为压电驱动器在连续累计工作时长t下的表面温度，为压电驱动器起始工作状态下的表面温度，为压电驱动器连续累计工作时长T下的表面温度。
[0011]进一步地，所述压电驱动器对超声刀的驱动疲劳偏移量的计算公式为：，D为单位表面温度变化量所对应的压电驱动器的驱动位移，为设定的单位表面温度变化量，为超声刀在某一测振方向上连续累计工作时长T时所对应的振幅，为超声刀在某一测振方向上初始工作时所对应的振幅，和分别为压电驱动器在某一测振方向上初始工作时所对应的驱动位移和连续累计工作时长T时所对应的驱动位移，、、和为同一测振方向作为研究对象，即超声刀的进给方向上或切削方向上。
[0012]进一步地，本系统还包括刀具磨损预估模块，刀具磨损预估模块用于获取超声刀对不同材质工件表面加工的时长以及超声刀进给量，并提取预先建立的不同材质对超声刀的反向磨损系数，获得刀具磨损预估量，判断刀具磨损预估量是否达到设定的刀具磨损阈值，若大于设定的刀具磨损阈值，则对超声刀刀具进行更换。
[0013]本专利技术的有益效果：本专利技术通过采用两相互垂直的激光测距传感器对超声刀进行振幅测量，能够实时获得超声刀工作过程中的运动轨迹，为后期进行超声驱动疲劳分析提供运动轨迹支撑。
[0014]本专利技术通过分析压电驱动器在连续累计工作时长下的表面温度，并分析出压电驱动器在表面温度干扰下的驱动位移幅值，结合超声刀在x轴和y轴上的振动幅值对压电驱动器进行驱动疲劳测试，能够分析出在压电驱动器的表面温度干扰下对超声刀驱动的疲劳偏移量，精准建立压电驱动器表面温度对超声刀进行工件加工的偏移程度，并根据表面温度对超声刀加工的偏移程度进行补偿，消除压电驱动器受表面温度干扰而造成超声刀加工偏移的情况，提高了超声刀加工的精度。
[0015]本专利技术通过对超声刀刀具磨损进行预估分析，能够根据刀具加工时长、加工速度以及进给量精确地分析出超声刀磨损程度，一旦超声刀磨损程度大于设定的数值，则及时
更换超声刀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声刀实时振幅自动测量系统，包括测距检测模块，测距检测模块包括两激光发射光源相互垂直的激光测距传感器，分别检测超声刀进给方向和切削深度上的距离，其特征在于：还包括振动谐波构建模块、驱动疲劳分析模块和驱动补偿调节模块；振动谐波构建模块分别提取两激光测距传感器到超声刀表面的距离，对两激光测距传感器检测到的距离进行关联，根据几何关系获得超声刀刀刃处的实时位置坐标，获取超声刀工作过程中的运动轨迹，对超声刀运动轨迹进行分析，获得超声刀在x轴和Y轴上的振动谐波方程；驱动疲劳分析模块提取驱动变幅杆的压电驱动器在该连续累计工作时长T下的表面温度，通过对压电驱动器表面温度进行分析，获得压电驱动器在该表面温度干扰下的驱动位移的幅值，并结合前后超声刀在x轴和y轴上的振动参数进行驱动疲劳分析，实时分析出压电驱动器的表面温度下的超声刀的驱动疲劳偏移量；驱动补偿调节模块用于获取压电驱动器的表面温度下的超声刀的驱动疲劳偏移量，分别判断超声刀在进给方向和切削方向上的驱动疲劳偏移量是否大于设定的驱动疲劳偏移量阈值，若其中一方向上的驱动疲劳偏移量大于设定的驱动疲劳偏移量阈值，则控制超声刀刀头沿该方向以设定的驱动疲劳偏移量阈值进行驱动疲劳偏移量补偿。2.权利要求1所示的一种超声刀实时振幅自动测量系统，其特征在于，所述激光测距传感器a和激光测距传感器b为同时触发，且测量的同一时间点的数据相关联。3.权利要求2所示的一种超声刀实时振幅自动测量系统，其特征在于，追踪的超声刀刀刃的实时位置坐标（xi，yi），采用几何关系，可知：超声刀刀尖为菱形，且超声刀刀尖的夹角为，为已知参数，为超声刀的刀刃位于坐标原点且处于静止状态下时，激光测距传感器b到超声刀表面的距离，为超声刀处于静止状态下时，激光测距传感器a到超声刀表面的距离，为在第i次采样时间下，激光测距传感器b到超声刀表面的距离，为第i次采样时间下，激光测距传感器a到超声刀表面的距离;通过上述公式可获得，超声刀刀刃的实时位置坐标xi和yi，分别为。4.权利要求3所示的一种超声刀实时振幅自动测量系统，其特征在于，超声刀在工作过程中分别在x轴和y轴上的构建振动谐波方程的方法，具体包括以下步骤：步骤1、分别提取超声刀的运动轨迹与x轴和y轴的交点位置，与x轴的交点坐标为（x1,
0）和（x2,0），与y轴的交点坐标为（0，y1）和（0，y2）；步骤2、计算超声刀在进给方向上的谐波的振幅A和在切削方向上的谐波的振幅B，，；步骤3、抽取n次运动轨迹上的位置坐标，带入振动谐波方程分别推导出在采样时间点t下旋转轴在x轴线和y轴线上的振动初相位，分别为和，且，f为激光测距传感器发...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔远驰，王海建，李恒，雒康，钱豪，雷露，曹祚鸣，赵玉忠，张嵩，
申请(专利权)人：南京木木西里科技有限公司，
类型：发明
国别省市：