自由旋转曲面工件的壁厚自动测量方法

(南京理工大学 机械工程学院，南京 210094)

当前，薄壁类旋转曲面工件大量应用在航空航天、船舶、汽车、医疗等行业中，工件的壁厚决定了整个工件的材料分布，直接影响工件的转动惯量、抗弯、抗扭等特性，甚至决定了整个工件的工作特性。

壁厚的测量是精密加工质量的保证，测量点位的分布情况、测量点的矢法线方向决定了检测效果。然而，大部分薄壁类旋转曲面工件的表面结构复杂、体积大，传统的检测方式已无法满足高精度、大批量的检测任务。

关节式工业机器人的自由度高、动作灵活，几乎满足任何姿态和轨迹的工作，同时动作惯性小、定位精度高；通过集成所需传感器，即可满足多种自动化检测类型的需求。

在薄壁类工件的壁厚测量中，接触式超声测厚的指向性好、测量速度快、测量结果准确、精度高、无污染，适用于金属及非金属等多种材料，特别是在只有单侧裸露工件的壁厚检测中具有不可替代的作用。因此，接触式超声测厚是目前薄壁类工件壁厚测量的主要选择。

目前，国内在工件壁厚自动化测量方面取得了很大的进展，但大多都是对平板型、管型等简单工件的检测；而S型、类球形等变曲率复杂工件则几乎都是依靠工人手动检测，工作量大且检测结果重复性差。

为了实现工件壁厚的自动测量，许多学者对此进行过相关研究。尹锋等[1]将超声测厚与车削加工相结合；凌海军等[2]将激光测径与超声测厚相结合。但上述两种方法只针对均匀管材、结构简单、表面曲率相同的工件。……