本發(fā)明創(chuàng)造涉及一種疊層材料制孔層間間隙測(cè)量裝置及方法，涉及非透明疊層材料制孔時(shí)層間間隙的定量測(cè)量。

背景技術(shù)：

上世紀(jì)中后期以來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的提高，航空制造工業(yè)得到了飛速發(fā)展，對(duì)于飛機(jī)安全性的要求標(biāo)準(zhǔn)也不斷提高。隨著復(fù)合材料和鈦合金在飛機(jī)上的使用量逐漸增加，大量的復(fù)合材料零件、鈦合金零件和鈦合金零件需要通過緊固件連接裝配在一起。特別是在機(jī)身、機(jī)翼、垂尾等部段對(duì)接位置，需要同時(shí)裝配復(fù)合材料、鈦合金、鋁合金等兩種或多種材料的零件，由于各材料的性能差異，對(duì)制孔加工工藝和制孔工具提出了更為嚴(yán)格的要求。

裝配孔的加工質(zhì)量好壞，嚴(yán)重關(guān)系到連接部位的可靠性。常見的金屬孔加工缺陷有進(jìn)出口毛刺，如其存在于上疊層板出口或者下疊層板入口時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致疊層板不能完全貼合，影響裝配精度。常見復(fù)合材料的制孔缺陷包括進(jìn)出口撕裂、則會(huì)大大降低孔的承載能力。并且疊層材料制裝配孔時(shí)，由于螺旋角所帶來的軸向升力，及由于進(jìn)給作用所帶來的軸向壓力，會(huì)產(chǎn)生層間間隙，進(jìn)而造成切屑在層間殘留，造成無法貼合裝配的情況。

制孔層間間隙時(shí)一種影響制孔質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，對(duì)于層間間隙的有效定量化測(cè)量，則是系統(tǒng)地分析減小層間間隙裝置可靠性的方法。

現(xiàn)有疊層測(cè)量方式主要有兩種，一種是主要通過界面反射來獲取被測(cè)物體的厚度，其要求被測(cè)物體為透光介質(zhì)。另一種是通過對(duì)測(cè)量區(qū)域的兩次拍照照片進(jìn)行對(duì)比，然后匹配出位置移動(dòng)量，其要求被測(cè)量物體在光路上沒有阻攔。上述兩種方法由于其自身局限性均不能運(yùn)用在疊層材料制孔間隙的測(cè)量中，因此需要發(fā)明一種疊層材料制孔層間間隙測(cè)量裝置與方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明創(chuàng)造要解決的技術(shù)問題是提供一種疊層材料制孔層間間隙測(cè)量裝置及方法，該疊層材料制孔層間間隙測(cè)量裝置通過位置傳感器得到疊層材料彎曲變形規(guī)律，該方法為疊層材料制孔層間檢測(cè)測(cè)量提供一種準(zhǔn)確的分析方法。

為解決以上問題，本發(fā)明創(chuàng)造的具體技術(shù)方案如下：一種疊層材料制孔層間間隙測(cè)量裝置，在機(jī)床主軸的外圓周設(shè)有主軸固定套，主軸固定套上對(duì)稱設(shè)有兩個(gè)具有通孔的耳片，耳片內(nèi)分別設(shè)有位置傳感器A和位置傳感器B，位置傳感器A和位置傳感器B的下端分別設(shè)有轉(zhuǎn)接螺桿，兩個(gè)轉(zhuǎn)接螺桿共同連接AB連接板，在AB連接板的中心設(shè)有導(dǎo)向通孔，在導(dǎo)向通孔的下方設(shè)有位置傳感器C，位置傳感器C的上端設(shè)有轉(zhuǎn)接套，轉(zhuǎn)接套的上表面設(shè)有限位凹槽，限位凹槽、導(dǎo)向通孔和機(jī)床主軸上連接的鉆頭同軸設(shè)置；在位置傳感器A、位置傳感器B和位置傳感器C的外端頭分別通過傳輸線纜與電荷放大器連接，電荷放大器再將信號(hào)傳遞給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。

所述的AB連接板為人字形，其兩翼所成夾角大于90℃，小于180℃。

所述的位置傳感器A和位置傳感器B的轉(zhuǎn)接螺桿設(shè)置在AB連接板對(duì)應(yīng)的通孔內(nèi)，通孔上下表面分別設(shè)有定位螺母與轉(zhuǎn)接螺桿連接。

所述的主軸固定套為對(duì)開式的結(jié)構(gòu)，且在耳片外表面設(shè)有定位銷釘頂緊位置傳感器A或位置傳感器B。

采用間隙測(cè)量裝置對(duì)疊層材料制孔層間間隙測(cè)量的方法，包括以下步驟：

1）將位置傳感器A和位置傳感器B固定在機(jī)床主軸，上方采用主軸定位套定位，下方的轉(zhuǎn)接螺桿采用AB連接板定位；

2）將位置傳感器A和位置傳感器B共同放置在待測(cè)量的疊層材料上表面，并分別測(cè)量出位置傳感器A和位置傳感器B在上表面的高度位置P_A和P_B，在測(cè)量過程中，保證工件、工作臺(tái)和AB連接板的平行度，測(cè)量后通過計(jì)算機(jī)處理為統(tǒng)一位置P₁；

3）將位置傳感器C放置在待測(cè)量的疊層材料下表面，并保證限位凹槽、導(dǎo)向通孔和機(jī)床主軸上連接的鉆頭同軸設(shè)置，并測(cè)量出位置傳感器C下表面的高度位置為P₂；

4）未鉆孔時(shí)，疊層材料的上下表面位置分別為P₁和P₂，通過計(jì)算機(jī)處理得出疊層材料總厚度為P₁-P₂=上層板厚D1+下層板厚D2；

5）鉆孔時(shí)，就某個(gè)瞬間而言，上下表面位置分別為P₁′和P₂′，通過計(jì)算機(jī)處理得出疊層材料總厚度為P₁′- P₂′=上層板厚D1+下層板厚D2+層間間隙D3，層間間隙D3即能得出疊層材料制孔層間間隙，在整個(gè)鉆孔過程中，層間間隙值隨時(shí)間不停變化D3′，位移傳感器將變化信息實(shí)時(shí)傳個(gè)計(jì)算機(jī)處理，最終形成層間間隙關(guān)于時(shí)間的變化規(guī)律；

6）由于測(cè)量位置不是實(shí)際的孔邊緣，故通過計(jì)算機(jī)運(yùn)用層間間隙變化和板彎曲變形規(guī)律，得出實(shí)際的孔邊間隙。

該疊層材料制孔層間間隙測(cè)量裝置采用主軸外周設(shè)置的位置傳感器的結(jié)構(gòu)，不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且安裝方便，三個(gè)位置傳感器的組合獲取位置信息，從而得到疊層材料層間間隙的數(shù)值。

AB連接板為人字形結(jié)構(gòu)，保證與中間的鉆頭呈三點(diǎn)分布，確保其在同一個(gè)平面上。

位置傳感器A和位置傳感器B通過定位螺母和定位銷釘進(jìn)行調(diào)節(jié)定位，從而保證兩個(gè)傳感器的位置度一致。

采用疊層材料制孔層間間隙測(cè)量裝置對(duì)層間間隙測(cè)量的方法的優(yōu)點(diǎn)如下：

1、將位置信號(hào)的差值轉(zhuǎn)化為層間間隙數(shù)值，為非透明疊層板層間分析的測(cè)量提供了一種新方法；

2、通過彎曲變形規(guī)律，為疊層材料制孔層間檢測(cè)的測(cè)量提供了一種準(zhǔn)確的分析方法；

3、不需要對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，增加了測(cè)量系統(tǒng)的適應(yīng)性。

附圖說明

圖1為疊層材料制孔層間間隙測(cè)量裝置整體應(yīng)用示意圖。

圖2為疊層材料制孔層間間隙測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為鉆孔前視圖及放大視圖。

圖4為鉆孔后視圖及放大視圖。

圖5為層間間隙值轉(zhuǎn)換示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1和圖2所示，一種疊層材料制孔層間間隙測(cè)量裝置，在機(jī)床主軸4的外圓周設(shè)有主軸固定套12，主軸固定套12上對(duì)稱設(shè)有兩個(gè)具有通孔的耳片，耳片內(nèi)分別設(shè)有位置傳感器A2和位置傳感器B3，位置傳感器A2和位置傳感器B3的下端分別設(shè)有轉(zhuǎn)接螺桿14，兩個(gè)轉(zhuǎn)接螺桿14共同連接AB連接板16，在AB連接板16的中心設(shè)有設(shè)有導(dǎo)向通孔15，在導(dǎo)向通孔15的下方設(shè)有位置傳感器C9，位置傳感器C9的上端設(shè)有轉(zhuǎn)接套17，轉(zhuǎn)接套17的上表面設(shè)有限位凹槽13，限位凹槽13、導(dǎo)向通孔15和機(jī)床主軸4上連接的鉆頭6同軸設(shè)置；在位置傳感器A2、位置傳感器B3和位置傳感器C9的外端頭分別通過傳輸線纜1與電荷放大器10連接，電荷放大器10再將信號(hào)傳遞給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。

所述的AB連接板16為人字形，其兩翼所成夾角大于90℃，小于180℃。

所述的位置傳感器A2和位置傳感器B3的轉(zhuǎn)接螺桿14設(shè)置在AB連接板16對(duì)應(yīng)的通孔內(nèi)，通孔上下表面分別設(shè)有定位螺母7與轉(zhuǎn)接螺桿連接。

所述的主軸固定套12為對(duì)開式的結(jié)構(gòu)，且在耳片外表面設(shè)有定位銷釘11頂緊位置傳感器A2或位置傳感器B3。

如圖3至圖5所示，采用間隙測(cè)量裝置對(duì)疊層材料制孔層間間隙測(cè)量的方法，包括以下步驟：

1）將位置傳感器A和位置傳感器B固定在機(jī)床主軸4，上方采用主軸定位套12定位，下方的轉(zhuǎn)接螺桿14采用AB連接板16定位；

2）將位置傳感器A和位置傳感器B共同放置在待測(cè)量的疊層材料上表面，并分別測(cè)量出位置傳感器A和位置傳感器B在上表面的高度位置P_A和P_B，在測(cè)量過程中，保證工件、工作臺(tái)和AB連接板的平行度，測(cè)量后通過計(jì)算機(jī)處理為統(tǒng)一位置P₁；

3）將位置傳感器C放置在待測(cè)量的疊層材料下表面，并保證限位凹槽13、導(dǎo)向通孔15和機(jī)床主軸4上連接的鉆頭6同軸設(shè)置，并測(cè)量出位置傳感器C下表面的高度位置為P₂；

4）未鉆孔時(shí)，疊層材料的上下表面位置分別為P₁和P₂，通過計(jì)算機(jī)處理得出疊層材料總厚度為P₁-P₂=上層板厚D1+下層板厚D2；

5）鉆孔時(shí)，就某個(gè)瞬間而言，上下表面位置分別為P₁′和P₂′，通過計(jì)算機(jī)處理得出疊層材料總厚度為P₁′- P₂′=上層板厚D1+下層板厚D2+層間間隙D3，層間間隙D3即能得出疊層材料制孔層間間隙，在整個(gè)鉆孔過程中，層間間隙值隨時(shí)間不停變化D3′，位移傳感器將變化信息實(shí)時(shí)傳個(gè)計(jì)算機(jī)處理，最終形成層間間隙關(guān)于時(shí)間的變化規(guī)律；

6）由于測(cè)量位置不是實(shí)際的孔邊緣，故通過計(jì)算機(jī)運(yùn)用層間間隙變化和板彎曲變形規(guī)律，得出實(shí)際的孔邊間隙。