一种叠层材料制孔层间间隙测量装置及方法与流程

本发明创造涉及一种叠层材料制孔层间间隙测量装置及方法，涉及非透明叠层材料制孔时层间间隙的定量测量。

背景技术：

上世纪中后期以来，随着经济的发展和科学技术的提高，航空制造工业得到了飞速发展，对于飞机安全性的要求标准也不断提高。随着复合材料和钛合金在飞机上的使用量逐渐增加，大量的复合材料零件、钛合金零件和钛合金零件需要通过紧固件连接装配在一起。特别是在机身、机翼、垂尾等部段对接位置，需要同时装配复合材料、钛合金、铝合金等两种或多种材料的零件，由于各材料的性能差异，对制孔加工工艺和制孔工具提出了更为严格的要求。

装配孔的加工质量好坏，严重关系到连接部位的可靠性。常见的金属孔加工缺陷有进出口毛刺，如其存在于上叠层板出口或者下叠层板入口时，就会导致叠层板不能完全贴合，影响装配精度。常见复合材料的制孔缺陷包括进出口撕裂、则会大大降低孔的承载能力。并且叠层材料制装配孔时，由于螺旋角所带来的轴向升力，及由于进给作用所带来的轴向压力，会产生层间间隙，进而造成切屑在层间残留，造成无法贴合装配的情况。

制孔层间间隙时一种影响制孔质量的关键指标，对于层间间隙的有效定量化测量，则是系统地分析减小层间间隙装置可靠性的方法。

现有叠层测量方式主要有两种，一种是主要通过界面反射来获取被测物体的厚度，其要求被测物体为透光介质。另一种是通过对测量区域的两次拍照照片进行对比，然后匹配出位置移动量，其要求被测量物体在光路上没有阻拦。上述两种方法由于其自身局限性均不能运用在叠层材料制孔间隙的测量中，因此需要发明一种叠层材料制孔层间间隙测量装置与方法。

技术实现要素：

本发明创造要解决的技术问题是提供一种叠层材料制孔层间间隙测量装置及方法，该叠层材料制孔层间间隙测量装置通过位置传感器得到叠层材料弯曲变形规律，该方法为叠层材料制孔层间检测测量提供一种准确的分析方法。

为解决以上问题，本发明创造的具体技术方案如下：一种叠层材料制孔层间间隙测量装置，在机床主轴的外圆周设有主轴固定套，主轴固定套上对称设有两个具有通孔的耳片，耳片内分别设有位置传感器A和位置传感器B，位置传感器A和位置传感器B的下端分别设有转接螺杆，两个转接螺杆共同连接AB连接板，在AB连接板的中心设有导向通孔，在导向通孔的下方设有位置传感器C，位置传感器C的上端设有转接套，转接套的上表面设有限位凹槽，限位凹槽、导向通孔和机床主轴上连接的钻头同轴设置；在位置传感器A、位置传感器B和位置传感器C的外端头分别通过传输线缆与电荷放大器连接，电荷放大器再将信号传递给计算机进行处理。

所述的AB连接板为人字形，其两翼所成夹角大于90℃，小于180℃。

所述的位置传感器A和位置传感器B的转接螺杆设置在AB连接板对应的通孔内，通孔上下表面分别设有定位螺母与转接螺杆连接。

所述的主轴固定套为对开式的结构，且在耳片外表面设有定位销钉顶紧位置传感器A或位置传感器B。

采用间隙测量装置对叠层材料制孔层间间隙测量的方法，包括以下步骤：

1）将位置传感器A和位置传感器B固定在机床主轴，上方采用主轴定位套定位，下方的转接螺杆采用AB连接板定位；

2）将位置传感器A和位置传感器B共同放置在待测量的叠层材料上表面，并分别测量出位置传感器A和位置传感器B在上表面的高度位置P_A和P_B，在测量过程中，保证工件、工作台和AB连接板的平行度，测量后通过计算机处理为统一位置P₁；

3）将位置传感器C放置在待测量的叠层材料下表面，并保证限位凹槽、导向通孔和机床主轴上连接的钻头同轴设置，并测量出位置传感器C下表面的高度位置为P₂；

4）未钻孔时，叠层材料的上下表面位置分别为P₁和P₂，通过计算机处理得出叠层材料总厚度为P₁-P₂=上层板厚D1+下层板厚D2；

5）钻孔时，就某个瞬间而言，上下表面位置分别为P₁′和P₂′，通过计算机处理得出叠层材料总厚度为P₁′- P₂′=上层板厚D1+下层板厚D2+层间间隙D3，层间间隙D3即能得出叠层材料制孔层间间隙，在整个钻孔过程中，层间间隙值随时间不停变化D3′，位移传感器将变化信息实时传个计算机处理，最终形成层间间隙关于时间的变化规律；

6）由于测量位置不是实际的孔边缘，故通过计算机运用层间间隙变化和板弯曲变形规律，得出实际的孔边间隙。

该叠层材料制孔层间间隙测量装置采用主轴外周设置的位置传感器的结构，不仅结构简单，而且安装方便，三个位置传感器的组合获取位置信息，从而得到叠层材料层间间隙的数值。

AB连接板为人字形结构，保证与中间的钻头呈三点分布，确保其在同一个平面上。

位置传感器A和位置传感器B通过定位螺母和定位销钉进行调节定位，从而保证两个传感器的位置度一致。

采用叠层材料制孔层间间隙测量装置对层间间隙测量的方法的优点如下：

1、将位置信号的差值转化为层间间隙数值，为非透明叠层板层间分析的测量提供了一种新方法；

2、通过弯曲变形规律，为叠层材料制孔层间检测的测量提供了一种准确的分析方法；

3、不需要对机床结构进行改变，增加了测量系统的适应性。

附图说明

图1为叠层材料制孔层间间隙测量装置整体应用示意图。

图2为叠层材料制孔层间间隙测量装置的结构示意图。

图3为钻孔前视图及放大视图。

图4为钻孔后视图及放大视图。

图5为层间间隙值转换示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，一种叠层材料制孔层间间隙测量装置，在机床主轴4的外圆周设有主轴固定套12，主轴固定套12上对称设有两个具有通孔的耳片，耳片内分别设有位置传感器A2和位置传感器B3，位置传感器A2和位置传感器B3的下端分别设有转接螺杆14，两个转接螺杆14共同连接AB连接板16，在AB连接板16的中心设有设有导向通孔15，在导向通孔15的下方设有位置传感器C9，位置传感器C9的上端设有转接套17，转接套17的上表面设有限位凹槽13，限位凹槽13、导向通孔15和机床主轴4上连接的钻头6同轴设置；在位置传感器A2、位置传感器B3和位置传感器C9的外端头分别通过传输线缆1与电荷放大器10连接，电荷放大器10再将信号传递给计算机进行处理。

所述的AB连接板16为人字形，其两翼所成夹角大于90℃，小于180℃。

所述的位置传感器A2和位置传感器B3的转接螺杆14设置在AB连接板16对应的通孔内，通孔上下表面分别设有定位螺母7与转接螺杆连接。

所述的主轴固定套12为对开式的结构，且在耳片外表面设有定位销钉11顶紧位置传感器A2或位置传感器B3。

如图3至图5所示，采用间隙测量装置对叠层材料制孔层间间隙测量的方法，包括以下步骤：

1）将位置传感器A和位置传感器B固定在机床主轴4，上方采用主轴定位套12定位，下方的转接螺杆14采用AB连接板16定位；

2）将位置传感器A和位置传感器B共同放置在待测量的叠层材料上表面，并分别测量出位置传感器A和位置传感器B在上表面的高度位置P_A和P_B，在测量过程中，保证工件、工作台和AB连接板的平行度，测量后通过计算机处理为统一位置P₁；

3）将位置传感器C放置在待测量的叠层材料下表面，并保证限位凹槽13、导向通孔15和机床主轴4上连接的钻头6同轴设置，并测量出位置传感器C下表面的高度位置为P₂；

4）未钻孔时，叠层材料的上下表面位置分别为P₁和P₂，通过计算机处理得出叠层材料总厚度为P₁-P₂=上层板厚D1+下层板厚D2；

5）钻孔时，就某个瞬间而言，上下表面位置分别为P₁′和P₂′，通过计算机处理得出叠层材料总厚度为P₁′- P₂′=上层板厚D1+下层板厚D2+层间间隙D3，层间间隙D3即能得出叠层材料制孔层间间隙，在整个钻孔过程中，层间间隙值随时间不停变化D3′，位移传感器将变化信息实时传个计算机处理，最终形成层间间隙关于时间的变化规律；

6）由于测量位置不是实际的孔边缘，故通过计算机运用层间间隙变化和板弯曲变形规律，得出实际的孔边间隙。