合剂将收发探头22和丝杠2曲面耦合联系， 现场使用的耦合剂必须与校准的耦合剂相同，测量之前必须消除耦合剂带来的测量误差。 使用耦合剂涂抹装置在淬火层均匀涂抹耦合挤，匀速摇动手动摇杆8通过传动轴9带动齿 轮I 11转动，齿轮I 11固定在传动轴9,齿轮I 11与齿轮II 12啮合，齿轮II 12跟随齿轮 I 11做公转，转台18与齿轮II 12固定一起，做同样转动，喷嘴连接管20与耦合剂喷嘴21 跟随齿轮II 12转动，调节开关19根据齿轮II 12转速和收发探头22与淬火层16的间隙调 节耦合剂流速，耦合剂喷嘴匀速转动，耦合剂均匀涂抹在收发探头22与淬火层16之间。
[0040] 控制器7 (控制系统）控制超声波的发射与接收，输入选定的声速V，将收发探头 22放置于涂有耦合剂的丝杠2表面上，在保证收发探头22与丝杠2耦合良好的情况下，发 送声波进入淬火层16,超声波从淬火层16临界处开始计时，到达淬火层16边界所发送的声 波反射，收发探头22接收头接收到声波，控制器7 (显示屏）显示此周期时间tl，同时声波 由表面返回，第二次从底面回波后接收头接受第二次回波时间t2,声波在12淬火层飞行时 间确定为t = t2-tl，以指定的周期重复发送和接受多次，超声波在淬火层飞行时间t将稳 定于一确定值，当周期时间t稳定于该确定值时，则丝杜2表面淬火层16厚度δ为：
[0042] 丝杠圆弧面曲率半径很小，收发探头22直径大小与丝杠2曲率半径有关，为保证 收发探头22稳定性，收发探头22应尽量选取直径小的探头，直径应控制在小于6mm，为解决 圆弧曲面丝杠2表面收发探头22稳定性差的问题，根据圆弧曲面特点，制作收发探头稳定 定位装置4,两支撑架17角度为60°，收发探头22在两支撑架17的中线位置，根据丝杠2 不同半径的圆弧面调节支撑架17的长短，支撑架17的长短通过螺栓15和螺母13调节，保 证收发探头22中间线测量沿丝杠2曲面法线方向进行，测量结果重复性在5 μπι以内。
[0043] 测量一点处淬火层厚度，要用收发探头进行两个方位测厚，在两个方位测量中收 发探头22的分割面要互为90°，取较小值为丝杠2表面淬火层厚度值（对同一处淬火层厚 度进行两次测量，第二次测量相对第一次测量，收发探头转动90° )。当测量值不稳定时， 以一个测定点为中心，在直径约为30mm的圆内进行多次测量，取最小值为丝杠2表面淬火 层厚度值（如对图1中收发探头稳定定位装置4所在位置的丝杠表面进行测量淬火层厚度 时，两个方位测量得到测量值极差大于〇. 3mm(GB/T5617-2005)时，以该测定点为圆心，在 图1中丝杠的横切面上做直径约为30mm的圆，该圆在丝杠的被测表面上存在投影，在丝杠 被测表面上投影内利用收发探头取多个测定点进行多次测量，取测量值的最小值为丝杠被 测表面淬火层厚度值）。
[0044] 滚珠丝杠2表面淬火层16厚度检测是利用超声波脉冲反射原理来进行厚度测量 的，当收发探头22发射的超声波脉冲通过丝杆2淬火层16分界面时，脉冲被反射回收发探 头22,通过精确测量超声波在丝杠2淬火层16中传播的时间来确定丝杠2表面淬火层16 厚度。
[0045] 上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范 围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1. 超声波测量丝杠表面淬火层厚度装置，其特征是，包括收发探头，收发探头与控制器 连接；所述收发探头由收发探头稳定定位装置进行准确定位，收发探头稳定定位装置与耦 合剂涂抹装置相配合，耦合剂涂抹装置将耦合剂涂抹在收发探头和被测表面之间； 所述收发探头稳定定位装置包括固定装置，所述固定装置上固定偶数个支撑架，支撑 架分布于收发探头两侧；所述耦合剂涂抹装置固定于固定装置上，耦合剂涂抹装置包括旋 转机构，旋转机构下部与耦合剂喷嘴连接。2. 如权利要求1所述的超声波测量丝杠表面淬火层厚度装置，其特征是，所述固定装 置为回字型支架，所述支撑架通过连接元件固定于回字型支架的下部支架上，所述支撑架 以回字型支架的中心线对称分布；所述收发探头固定在回字型支架的下部支架的中心处； 所述支撑架的中心线与回字型支架的竖直中心线的夹角为30度；所述回字型支架的下部 支架为弧形结构，所述连接元件位于弧形结构的法线方向上；所述支撑架的底部为半圆球 形；所述控制器连接有显示器。3. 如权利要求2所述的超声波测量丝杠表面淬火层厚度装置，其特征是，所述旋转机 构包括倒L型传动轴，所述倒L型传动轴固定在回字型支架的上部支架的中心处；所述倒L 型传动轴下部连接主动齿轮，所述主动齿轮与从动齿轮相啮合连接；所述倒L型传动轴的 横向结构位于回字型支架的上部支架外，且横向结构与手动摇杆连接；所述倒L型传动轴 的竖向结构位于回字型支架内。4. 如权利要求3所述的超声波测量丝杠表面淬火层厚度装置，其特征是，所述从动齿 轮的中心固定与从动齿轮轴线相平行的喷嘴连接管，所述喷嘴连接管底部与耦合剂喷嘴连 接；所述耦合剂喷嘴为弧形结构，且耦合剂喷嘴的底端部弯向主动齿轮的轴线位置。5. 如权利要求4所述的超声波测量丝杠表面淬火层厚度装置，其特征是，所述回字型 支架的下部支架中部设有转台，所述收发探头固定在转台上；所述转台与从动齿轮通过连 接件固定连接，所述喷嘴连接管穿过转台，所述喷嘴连接管上设有调节开关。6. 利用权利要求1-5任一项所述的超声波测量丝杠表面淬火层厚度装置测量丝杠表 面淬火层厚度方法，其特征是，包括以下步骤： 步骤1 :将超声波测量丝杠表面淬火层厚度装置放置于被测表面，收发探头稳定定位 装置将其稳定在被测表面上，利用耦合剂涂抹装置在淬火层均匀涂抹耦合剂； 步骤2 :控制器控制收发探头的超声波的发射与接收，根据超声波的反射时间和选定 的声速确定被测表面的淬火层厚度。7. 如权利要求6所述的超声波测量丝杠表面淬火层厚度装置测量丝杠表面淬火层厚 度方法，其特征是，所述步骤1的具体步骤为： 将超声波测量丝杠表面淬火层厚度装置放置于被测表面，收发探头稳定定位装置将其 稳定在被测表面上，匀速摇动手动摇杆通过倒L型传动轴带动主动齿轮转动，从动齿轮跟 随主动齿轮做公转，转台与从动齿轮做同样转动，喷嘴连接管与耦合剂喷嘴跟随从动齿轮 转动，利用调节开关调节耦合剂流速，由耦合剂喷嘴匀速转动，使耦合剂均匀涂抹在收发探 头与被测表面淬火层之间。8. 如权利要求6所述的超声波测量丝杠表面淬火层厚度装置测量丝杠表面淬火层厚 度方法，其特征是，所述步骤2的具体步骤为： 为控制器输入选定的声速v，将收发探头放置于涂有耦合剂的被测表面上，保证收发探 头与被测表面親合良好； 发送超声波进入被测表面淬火层，超声波从被测表面淬火层临界表面开始计时，到达 被测表面淬火层边界底面会将超声波反射，收发探头接收到反射回的超声波，得到此周期 时间tl;同时超声波由被测表面淬火层临界表面返回，第二次在被测表面淬火层边界底面 反射后收发探头接收第二次周期时间t2,超声波在淬火层飞行时间确定为t=t2-tl;以指 定的周期重复发送和接收多次，则被测表面淬火层厚度S为：9. 如权利要求8所述的超声波测量丝杠表面淬火层厚度装置测量丝杠表面淬火层 厚度方法，其特征是，所述步骤2中，在对被测表面的同一测定点进行测量淬火层厚度时， 利用收发探头进行两个方位测量，在两个方位测量中收发探头的同一轴向分割面要互为 90°，取测量值的较小值为被测表面该位置的淬火层厚度值。10. 如权利要求9所述的超声波测量丝杠表面淬火层厚度装置测量丝杠表面淬火层厚 度方法，其特征是，所述步骤2中，在两个方位测量得到测量值极差大于0. 3mm时，以该测定 点为圆心，在被测表面的切面方向上做直径为30mm的圆，该圆在被测表面上存在投影，在 被测表面上投影内利用收发探头取多个测定点进行多次测量，取测量值的最小值为被测表 面淬火层厚度值。
【专利摘要】本发明公开了一种超声波测量丝杠表面淬火层厚度装置及方法，包括收发探头，收发探头与控制器连接；所述收发探头由收发探头稳定定位装置进行准确定位，收发探头稳定定位装置与耦合剂涂抹装置相配合，耦合剂涂抹装置将耦合剂涂抹在收发探头和被测表面之间；所述收发探头稳定定位装置包括固定装置，所述固定装置上固定偶数个支撑架，支撑架分布于收发探头两侧；所述耦合剂涂抹装置固定于固定装置上，耦合剂涂抹装置包括旋转机构，旋转机构下部与耦合剂喷嘴连接。可以在不破坏滚珠丝杠工作状态的前提下，对丝杠淬火层厚度进行检验，测厚；操作简单，周期短、成本低、灵活方便、效率高，对人体无害等优点。
【IPC分类】G01B17/02
【公开号】CN105258658
【申请号】CN201510733213
【发明人】马凡营, 姜洪奎, 马建春, 宋现春, 宋一顺, 王乐源
【申请人】山东建筑大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年10月30日