本發(fā)明涉及檢測(cè)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種超聲刀具檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

超聲輔助切削加工技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)生活中的應(yīng)用日益廣泛。與傳統(tǒng)加工不同，超聲輔助切削加工中刀具在做切削運(yùn)動(dòng)、承受切削力的同時(shí)，還在超聲振動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下做高頻拉伸/壓縮、扭轉(zhuǎn)、擺動(dòng)等不同形式的振動(dòng)。高頻振動(dòng)對(duì)刀具品質(zhì)、特別是刀具表面完整性提出了較高要求，如果刀具內(nèi)部存在微裂紋，則在高頻受迫振動(dòng)下，裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致刀具斷裂破損，容易造成被加工零件甚至機(jī)床的損壞。因此，在實(shí)際切削加工之前，對(duì)刀具性能進(jìn)行測(cè)試，將具有缺陷的刀具檢出報(bào)廢是必要的。

國(guó)內(nèi)外相關(guān)專(zhuān)利可以分成以下幾類(lèi)：1.利用超聲頻率變化的應(yīng)力作用在，被實(shí)驗(yàn)的試件上，短時(shí)間內(nèi)對(duì)樣件施加高頻的交變應(yīng)力，觀(guān)測(cè)試件的斷裂或者表面形貌狀況來(lái)判斷樣件是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。例如在一種適用于刀具疲勞損傷的溫度檢測(cè)方法，通過(guò)檢測(cè)超聲加工工具在受到超聲激勵(lì)時(shí)發(fā)出的受激諧振波的線(xiàn)性系數(shù)等特征，對(duì)工具的材料和結(jié)構(gòu)做出疲勞損傷檢測(cè)。這種檢測(cè)方法效率較低不適用大批量檢測(cè)出廠(chǎng)的超聲刀具。2.類(lèi)似聲發(fā)射的檢測(cè)原理，通過(guò)向試件發(fā)射一定頻率，相位的超聲波信號(hào)。通過(guò)收集反射回來(lái)的超聲波信號(hào)，來(lái)判斷試件的裂紋，或者缺陷情況。這種實(shí)驗(yàn)方法同樣不適用于超聲刀具的檢測(cè)。如果刀具剛開(kāi)始使用時(shí)并沒(méi)有裂紋等缺陷，而只是金相組織強(qiáng)度不夠，同樣會(huì)導(dǎo)致刀具在高頻帶有負(fù)載的情況發(fā)生斷裂。那么用該方法則無(wú)法準(zhǔn)確檢測(cè)超聲刀具。3.電位降法檢測(cè)試件裂紋，該檢測(cè)檢測(cè)方法多用于長(zhǎng)距離管道的裂紋檢測(cè)方面，例如一種低溫疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)裝置，利用直流電位降方法檢測(cè)金屬材料的疲勞裂紋擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)。如果單純將電位降法用在超聲刀具的裂紋檢測(cè)方面會(huì)出現(xiàn)較大的誤差。因?yàn)榈毒咴诓徽駝?dòng)的情況下，裂紋不受力，處于閉合狀態(tài)，電阻和正常狀態(tài)沒(méi)有太大區(qū)別。而超聲刀具在受力，振動(dòng)情況下會(huì)造成裂紋的張開(kāi)和閉合，所以本專(zhuān)利做出改進(jìn)，讓其在受力，振動(dòng)狀態(tài)測(cè)試其電參數(shù)，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確率。

本專(zhuān)利采用自行設(shè)計(jì)的超聲刀具檢測(cè)方法，綜合了頻率振幅檢測(cè)，電位降法檢測(cè)，自由模態(tài)，壓力模態(tài)檢測(cè)的方法，通過(guò)一個(gè)完整的檢測(cè)流程，提高了超聲刀具質(zhì)量檢測(cè)準(zhǔn)確率，降低了出廠(chǎng)超聲刀具在加工過(guò)程中出現(xiàn)斷裂失效的幾率，提高了生產(chǎn)效率和加工安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)上述提出的技術(shù)問(wèn)題，而提供一種超聲刀具檢測(cè)方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

一種超聲刀具檢測(cè)方法，具有如下步驟：

初檢：

頻率振幅檢測(cè)：使超聲刀具處于諧振狀態(tài)，收集超聲刀具某一處位置的諧振頻率和振幅；以同樣的方式收集超聲刀具其他位置的諧振頻率和振幅；收集到的諧振頻率和振幅(指的是頻率振幅檢測(cè)中收集到的超聲刀具某一處位置和其他位置的諧振頻率和振幅)均在正常范圍內(nèi)波動(dòng)，則判定該超聲刀具通過(guò)初檢，正常范圍指的是諧振頻率在超聲電源系統(tǒng)上的對(duì)應(yīng)的設(shè)定值的上下10％范圍內(nèi)波動(dòng)，振幅值在激光位移傳感器所設(shè)定值的上下5％范圍內(nèi)波動(dòng)；

電位降法檢測(cè)：檢測(cè)頭與超聲刀具接觸，之后使超聲刀具處于諧振狀態(tài)，用電位降法檢測(cè)檢測(cè)頭與超聲刀具的接觸點(diǎn)與超聲刀具上非所述接觸點(diǎn)處之間的電壓及電流；改變檢測(cè)頭與超聲刀具的接觸點(diǎn)位置，以同樣的方式檢測(cè)新的接觸點(diǎn)與超聲刀具上非所述新的接觸點(diǎn)處之間的電壓及電流；檢測(cè)到的電壓及電流(接觸點(diǎn)與超聲刀具上非所述接觸點(diǎn)處之間的電壓及電流以及新的接觸點(diǎn)與超聲刀具上非所述新的接觸點(diǎn)處之間的電壓及電流)均在正常范圍內(nèi)波動(dòng)，則判定該超聲刀具通過(guò)初檢，正常范圍指的是電壓與電流均在所檢測(cè)設(shè)備的設(shè)定值的上下8％范圍內(nèi)波動(dòng)；

超聲刀具在上述兩種檢測(cè)方案均未通過(guò)初檢，則重新進(jìn)行上述兩種檢測(cè)，若仍未通過(guò)上述兩種檢測(cè)方案，則判定該超聲刀具不合格；頻率振幅檢測(cè)和電位降法檢測(cè)之間沒(méi)有邏輯上的前后關(guān)系，先做哪一種檢測(cè)都屬于本申請(qǐng)所要保護(hù)的范圍。

復(fù)檢：

自由模態(tài)檢測(cè)：通過(guò)初檢的超聲刀具在15KHz～40KHz的頻率范圍內(nèi)振動(dòng)，并尋找超聲刀具在15KHz～40KHz的頻率范圍內(nèi)的各個(gè)諧振模態(tài)，

在每個(gè)諧振模態(tài)下，超過(guò)正常工作振幅20％的情況下，振動(dòng)后均未發(fā)生斷裂，則判定該超聲刀具通過(guò)自由模態(tài)檢測(cè)，

發(fā)生斷裂，則判定該超聲刀具不合格；

壓力模態(tài)檢測(cè)：檢測(cè)頭對(duì)通過(guò)自由模態(tài)檢測(cè)的超聲刀具施加超過(guò)正常工作壓力20％的壓力的情況下，超聲刀具在15KHz～40KHz的頻率范圍內(nèi)振動(dòng)，并尋找超聲刀具在15KHz～40KHz的頻率范圍內(nèi)的各個(gè)諧振模態(tài)，在每個(gè)諧振模態(tài)下振動(dòng)后均未發(fā)生斷裂，則檢測(cè)頭改變對(duì)通過(guò)自由模態(tài)檢測(cè)的超聲刀具施加壓應(yīng)力的接觸點(diǎn)，以同樣的方式檢測(cè)，若未發(fā)生斷裂的情況，則判定該超聲刀具通過(guò)復(fù)檢，壓力模態(tài)檢測(cè)中所述的以同樣的方式檢測(cè)指的是超聲刀具在15KHz～40KHz的頻率范圍內(nèi)振動(dòng)，并尋找超聲刀具在15KHz～40KHz的頻率范圍內(nèi)的各個(gè)諧振模態(tài)，在每個(gè)諧振模態(tài)下振動(dòng)；

在壓力模態(tài)檢測(cè)的過(guò)程中，檢測(cè)頭始終與通過(guò)自由模態(tài)檢測(cè)的超聲刀具保持接觸。

超聲刀具的振動(dòng)通過(guò)與其連接的超聲變幅桿實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)超聲電源驅(qū)動(dòng)超聲變幅桿改變超聲刀具的頻率和振幅。超聲刀具的振動(dòng)包括諧振，

超聲電源自動(dòng)尋找諧振頻率，并反復(fù)調(diào)節(jié)超聲電源輸出功率和頻率，使超聲刀具達(dá)到諧振。

壓力模態(tài)檢測(cè)中所述壓應(yīng)力的大小和方向?yàn)闀r(shí)間的函數(shù)或常量。

頻率振幅檢測(cè)中諧振頻率和振幅通過(guò)激光位移傳感器收集。

本發(fā)明利用超聲刀具表面的微裂紋的幾何形態(tài)和裂紋方向的不同，導(dǎo)致裂紋對(duì)不同的超聲振動(dòng)模態(tài)有不同的敏感程度，再與電位降法和頻率振幅檢測(cè)法進(jìn)行配合使用，可以提高不合格超聲刀具的檢出率與檢測(cè)速率。

基于上述理由本發(fā)明可在檢測(cè)等領(lǐng)域廣泛推廣。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明的具體實(shí)施方式中一種超聲刀具檢測(cè)方法的流程圖。

圖2是本發(fā)明的實(shí)施例1中一種超聲刀具檢測(cè)裝置示意圖。

圖3是本發(fā)明的實(shí)施例1中檢測(cè)頭示意圖。

圖4是本發(fā)明的實(shí)施例1中電位降法檢測(cè)時(shí)線(xiàn)路連接示意圖。

圖5是本發(fā)明的實(shí)施例2和實(shí)施例3中檢測(cè)頭示意圖。

圖6是本發(fā)明的實(shí)施例2中電位降法檢測(cè)時(shí)線(xiàn)路連接示意圖。

圖7是本發(fā)明的實(shí)施例2和實(shí)施例3中檢測(cè)頭的調(diào)力旋鈕示意圖。

圖8是本發(fā)明的實(shí)施例3中電位降法檢測(cè)時(shí)線(xiàn)路連接示意圖。

具體實(shí)施方式

一種超聲刀具檢測(cè)方法，具有如下步驟：

初檢：

頻率振幅檢測(cè)：使超聲刀具處于諧振狀態(tài)，收集超聲刀具某一處位置的諧振頻率和振幅；以同樣的方式收集超聲刀具其他位置的諧振頻率和振幅；收集到的諧振頻率和振幅均在正常范圍內(nèi)波動(dòng)，則判定該超聲刀具通過(guò)初檢；

電位降法檢測(cè)：檢測(cè)頭與超聲刀具接觸，之后使超聲刀具處于諧振狀態(tài)，用電位降法檢測(cè)檢測(cè)頭與超聲刀具的接觸點(diǎn)與超聲刀具上非所述接觸點(diǎn)處之間的電壓及電流；改變檢測(cè)頭與超聲刀具的接觸點(diǎn)位置，以同樣的方式檢測(cè)新的接觸點(diǎn)與超聲刀具上非所述新的接觸點(diǎn)處之間的電壓及電流；檢測(cè)到的電壓及電流均在正常范圍內(nèi)波動(dòng)，則判定該超聲刀具通過(guò)初檢；

超聲刀具在上述兩種檢測(cè)方案均未通過(guò)初檢，則重新進(jìn)行上述兩種檢測(cè)，若仍未通過(guò)上述兩種檢測(cè)方案，則判定該超聲刀具不合格；

復(fù)檢：

自由模態(tài)檢測(cè)：通過(guò)初檢的超聲刀具在15KHz～40KHz的頻率范圍內(nèi)振動(dòng)，并尋找超聲刀具在15KHz～40KHz的頻率范圍內(nèi)的各個(gè)諧振模態(tài)，

在每個(gè)諧振模態(tài)下，超過(guò)正常工作振幅20％的情況下，振動(dòng)后均未發(fā)生斷裂，則判定該超聲刀具通過(guò)自由模態(tài)檢測(cè)，

發(fā)生斷裂，則判定該超聲刀具不合格；

壓力模態(tài)檢測(cè)：檢測(cè)頭對(duì)通過(guò)自由模態(tài)檢測(cè)的超聲刀具施加超過(guò)正常工作壓力20％的壓力的情況下，超聲刀具在15KHz～40KHz的頻率范圍內(nèi)振動(dòng)，并尋找超聲刀具在15KHz～40KHz的頻率范圍內(nèi)的各個(gè)諧振模態(tài)，在每個(gè)諧振模態(tài)下振動(dòng)后均未發(fā)生斷裂，則檢測(cè)頭改變對(duì)通過(guò)自由模態(tài)檢測(cè)的超聲刀具施加壓應(yīng)力的接觸點(diǎn)，以同樣的方式檢測(cè)，若未發(fā)生斷裂的情況，則判定該超聲刀具通過(guò)復(fù)檢；

在壓力模態(tài)檢測(cè)的過(guò)程中，檢測(cè)頭始終與通過(guò)自由模態(tài)檢測(cè)的超聲刀具保持接觸。

超聲刀具的振動(dòng)通過(guò)與其連接的超聲變幅桿實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)超聲電源驅(qū)動(dòng)超聲變幅桿改變超聲刀具的頻率和振幅。

超聲電源自動(dòng)尋找諧振頻率，并反復(fù)調(diào)節(jié)超聲電源輸出功率和頻率，使超聲刀具達(dá)到諧振。

壓力模態(tài)檢測(cè)中所述壓應(yīng)力的大小和方向?yàn)闀r(shí)間的函數(shù)或常量。

頻率振幅檢測(cè)中諧振頻率和振幅通過(guò)激光位移傳感器收集。

實(shí)施例1

如圖1-圖4所示，一種超聲刀具檢測(cè)裝置，包括底座1、旋轉(zhuǎn)套筒2、超聲變幅桿3、激光位移傳感器4和檢測(cè)頭5，檢測(cè)頭5可沿底座的橫向，縱向方向移動(dòng)，也可以調(diào)節(jié)固定在檢測(cè)頭5底部的螺母，來(lái)調(diào)節(jié)檢測(cè)頭5的高度。當(dāng)調(diào)節(jié)到適當(dāng)位置時(shí)，可以通過(guò)檢測(cè)頭5上的螺絲固定。當(dāng)要用激光位移傳感器4來(lái)收集超聲刀具6的諧振頻率和振幅時(shí)，將檢測(cè)頭5移開(kāi)，當(dāng)要進(jìn)行電位降法檢測(cè)時(shí)，將檢測(cè)頭5移動(dòng)到超聲刀具6部位進(jìn)行檢測(cè)即可。

所述檢測(cè)頭5為徑向檢測(cè)頭，徑向檢測(cè)頭具有容納超聲刀具6的凹槽51，凹槽51與超聲刀具6接觸部分由具有大阻尼的導(dǎo)電材料制造，例如銅。從超聲刀具6與徑向檢測(cè)頭的接觸點(diǎn)處引出(徑向檢測(cè)頭上有導(dǎo)線(xiàn)引出孔52)導(dǎo)線(xiàn)7，以進(jìn)行電位降法檢測(cè)。凹槽51的末端具有容刃槽53，防止徑向檢測(cè)頭與超聲刀具6前部端刃在諧振過(guò)程中以及施加壓應(yīng)力時(shí)碰撞而發(fā)生崩刃。

徑向檢測(cè)頭施加壓應(yīng)力的方式為：超聲刀具6沿著凹槽51向凹槽51末端滑動(dòng)，從而使超聲刀具6受到的凹槽51槽壁施加的壓應(yīng)力越來(lái)越大。

激光位移傳感器4可沿三個(gè)方向檢測(cè)超聲刀具6的諧振頻率和振幅。

超聲變幅桿3位于旋轉(zhuǎn)套筒2內(nèi)，可通過(guò)旋轉(zhuǎn)套筒2(旋轉(zhuǎn)套筒2可繞水平軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn))相對(duì)底座1旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)超聲刀具6旋轉(zhuǎn)到檢測(cè)位置，超聲變幅桿3將超聲電源產(chǎn)生的能量傳遞給超聲刀具6，并對(duì)振幅進(jìn)行放大。

超聲刀具6為尖刀形超聲刀具。

一種超聲刀具檢測(cè)方法，具有如下步驟：

初檢：

頻率振幅檢測(cè)：將超聲刀具6安裝在可以沿軸線(xiàn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的超聲變幅桿3上，啟動(dòng)超聲電源，使超聲刀具6處于諧振狀態(tài)，用激光位移傳感器4收集超聲刀具6一側(cè)刀刃的諧振頻率和振幅，然后旋轉(zhuǎn)(180°)超聲變幅桿3和超聲刀具6；以同樣的方式收集超聲刀具6另一側(cè)刀刃的諧振頻率和振幅；兩次收集到的諧振頻率和振幅均在正常范圍內(nèi)波動(dòng)，則判定該超聲刀具6通過(guò)初檢；

電位降法檢測(cè)：將超聲刀具6安裝在可以沿軸線(xiàn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)的超聲變幅桿3上，檢測(cè)頭5壓在超聲刀具6上，啟動(dòng)超聲電源，之后使超聲刀具6處于諧振狀態(tài)，用電位降法檢測(cè)檢測(cè)頭5與超聲刀具6的接觸點(diǎn)(位于超聲刀具6一側(cè)刀刃上)與超聲刀具6上非所述接觸點(diǎn)處之間的電壓及電流；旋轉(zhuǎn)(180°)超聲變幅桿3和超聲刀具6，改變檢測(cè)頭5與超聲刀具6的接觸點(diǎn)位置，以同樣的方式檢測(cè)新的接觸點(diǎn)(位于超聲刀具6另一側(cè)刀刃上)與超聲刀具6上非所述新的接觸點(diǎn)處之間的電壓及電流；檢測(cè)到的電壓及電流均在正常范圍內(nèi)波動(dòng)，則判定該超聲刀具6通過(guò)初檢；

超聲刀具6在上述兩種檢測(cè)方案均未通過(guò)初檢，則重新進(jìn)行上述兩種檢測(cè)，若仍未通過(guò)上述兩種檢測(cè)方案，則判定該超聲刀具6不合格；

復(fù)檢：

自由模態(tài)檢測(cè)：通過(guò)初檢的超聲刀具6安裝在超聲變幅桿3上，啟動(dòng)超聲電源，利用超聲電源的自動(dòng)掃頻功能，在15KHz～40KHz的頻率范圍內(nèi)自動(dòng)掃頻，進(jìn)而帶動(dòng)超聲刀具6在15KHz～40KHz的頻率范圍內(nèi)振動(dòng)，并尋找超聲刀具6在15KHz～40KHz的頻率范圍內(nèi)的各個(gè)諧振模態(tài)，

在每個(gè)諧振模態(tài)下，超過(guò)正常工作振幅20％的情況下，振動(dòng)后均未發(fā)生斷裂，則判定該超聲刀具6通過(guò)自由模態(tài)檢測(cè)，

發(fā)生斷裂，則判定該超聲刀具6不合格；

壓力模態(tài)檢測(cè)：檢測(cè)頭5對(duì)通過(guò)自由模態(tài)檢測(cè)的超聲刀具6一側(cè)刀刃施加超過(guò)正常工作壓力20％的壓力的情況下，開(kāi)啟超聲電源，利用超聲電源的自動(dòng)掃頻功能，在15KHz～40KHz的頻率范圍內(nèi)自動(dòng)掃頻，進(jìn)而帶動(dòng)超聲刀具6在15KHz～40KHz的頻率范圍內(nèi)振動(dòng)，并尋找超聲刀具6在15KHz～40KHz的頻率范圍內(nèi)的各個(gè)諧振模態(tài)，同時(shí)可以改變所述壓應(yīng)力的大小和方向或維持原值不變，目的在于模擬加工狀態(tài)下超聲刀具6加工時(shí)的實(shí)際工作狀態(tài)，在每個(gè)諧振模態(tài)下振動(dòng)后均未發(fā)生斷裂，則旋轉(zhuǎn)(180°)超聲變幅桿3和超聲刀具6，檢測(cè)頭5改變對(duì)通過(guò)自由模態(tài)檢測(cè)的超聲刀具6施加壓應(yīng)力的接觸點(diǎn)，以同樣的方式檢測(cè)，若未發(fā)生斷裂的情況，則判定該超聲刀具6通過(guò)復(fù)檢；

在壓力模態(tài)檢測(cè)的過(guò)程中，檢測(cè)頭5始終與通過(guò)自由模態(tài)檢測(cè)的超聲刀具6保持接觸。

超聲刀具6的振動(dòng)通過(guò)與其連接的超聲變幅桿3實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)超聲電源驅(qū)動(dòng)超聲變幅桿3改變超聲刀具6的頻率和振幅。

超聲電源自動(dòng)尋找諧振頻率，并反復(fù)調(diào)節(jié)超聲電源輸出功率和頻率，使超聲刀具6達(dá)到諧振。

壓力模態(tài)檢測(cè)中所述壓應(yīng)力的大小和方向?yàn)闀r(shí)間的函數(shù)。

實(shí)施例2

如圖5-圖7所示，一種超聲刀具檢測(cè)裝置及一種超聲刀具檢測(cè)方法，其與實(shí)施例1中所公開(kāi)的一種超聲刀具檢測(cè)裝置及一種超聲刀具檢測(cè)方法的區(qū)別特征為：

所述檢測(cè)頭5`為軸向檢測(cè)頭，軸向檢測(cè)頭的橫截面呈U型，其開(kāi)口處設(shè)有四個(gè)調(diào)力旋鈕8，每?jī)蓚€(gè)調(diào)力旋鈕8為一組并與另外兩個(gè)相向設(shè)置，調(diào)力旋鈕8包括依次連接的螺栓81、彈簧82和與超聲刀具6接觸的接觸桿83，軸向檢測(cè)頭上具有所述接觸桿83穿過(guò)的孔84，所述螺栓81通過(guò)螺栓座85與所述軸向檢測(cè)頭連接，

軸向檢測(cè)頭與超聲刀具6的刀刃部開(kāi)放式接觸，接觸桿83與超聲刀具6接觸部分由尼龍制造。

軸向檢測(cè)頭施加壓應(yīng)力的方式為：旋轉(zhuǎn)所述螺栓81，從而使接觸桿83施加到超聲刀具6上的壓應(yīng)力越來(lái)越大，所述接觸桿83的另一端始終保留在所述孔84內(nèi)。

實(shí)施例3

如圖5、圖7和圖8所示，一種超聲刀具檢測(cè)裝置及一種超聲刀具檢測(cè)方法，其與實(shí)施例2中所公開(kāi)的一種超聲刀具檢測(cè)裝置及一種超聲刀具檢測(cè)方法的區(qū)別特征為：超聲刀具6`為圓盤(pán)形超聲刀具。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。