本發明創造涉及一種疊層材料制孔層間間隙測量裝置及方法，涉及非透明疊層材料制孔時層間間隙的定量測量。

背景技術：

上世紀中后期以來，隨著經濟的發展和科學技術的提高，航空制造工業得到了飛速發展，對于飛機安全性的要求標準也不斷提高。隨著復合材料和鈦合金在飛機上的使用量逐漸增加，大量的復合材料零件、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。特別是在機身、機翼、垂尾等部段對接位置，需要同時裝配復合材料、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，對制孔加工工藝和制孔工具提出了更為嚴格的要求。

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

制孔層間間隙時一種影響制孔質量的關鍵指標，對于層間間隙的有效定量化測量，則是系統地分析減小層間間隙裝置可靠性的方法。

現有疊層測量方式主要有兩種，一種是主要通過界面反射來獲取被測物體的厚度，其要求被測物體為透光介質。另一種是通過對測量區域的兩次拍照照片進行對比，然后匹配出位置移動量，其要求被測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用在疊層材料制孔間隙的測量中，因此需要發明一種疊層材料制孔層間間隙測量裝置與方法。

技術實現要素：

本發明創造要解決的技術問題是提供一種疊層材料制孔層間間隙測量裝置及方法，該疊層材料制孔層間間隙測量裝置通過位置傳感器得到疊層材料彎曲變形規律，該方法為疊層材料制孔層間檢測測量提供一種準確的分析方法。

為解決以上問題，本發明創造的具體技術方案如下：一種疊層材料制孔層間間隙測量裝置，在機床主軸的外圓周設有主軸固定套，主軸固定套上對稱設有兩個具有通孔的耳片，耳片內分別設有位置傳感器A和位置傳感器B，位置傳感器A和位置傳感器B的下端分別設有轉接螺桿，兩個轉接螺桿共同連接AB連接板，在AB連接板的中心設有導向通孔，在導向通孔的下方設有位置傳感器C，位置傳感器C的上端設有轉接套，轉接套的上表面設有限位凹槽，限位凹槽、導向通孔和機床主軸上連接的鉆頭同軸設置；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傳遞給計算機進行處理。

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的轉接螺桿設置在AB連接板對應的通孔內，通孔上下表面分別設有定位螺母與轉接螺桿連接。

所述的主軸固定套為對開式的結構，且在耳片外表面設有定位銷釘頂緊位置傳感器A或位置傳感器B。

采用間隙測量裝置對疊層材料制孔層間間隙測量的方法，包括以下步驟：

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

2）將位置傳感器A和位置傳感器B共同放置在待測量的疊層材料上表面，并分別測量出位置傳感器A和位置傳感器B在上表面的高度位置P_A和P_B，在測量過程中，保證工件、工作臺和AB連接板的平行度，測量后通過計算機處理為統一位置P₁；

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

4）未鉆孔時，疊層材料的上下表面位置分別為P₁和P₂，通過計算機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，就某個瞬間而言，上下表面位置分別為P₁′和P₂′，通過計算機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，在整個鉆孔過程中，層間間隙值隨時間不停變化D3′，位移傳感器將變化信息實時傳個計算機處理，最終形成層間間隙關于時間的變化規律；

6）由于測量位置不是實際的孔邊緣，故通過計算機運用層間間隙變化和板彎曲變形規律，得出實際的孔邊間隙。

該疊層材料制孔層間間隙測量裝置采用主軸外周設置的位置傳感器的結構，不僅結構簡單，而且安裝方便，三個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值。

AB連接板為人字形結構，保證與中間的鉆頭呈三點分布，確保其在同一個平面上。

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行調節定位，從而保證兩個傳感器的位置度一致。

采用疊層材料制孔層間間隙測量裝置對層間間隙測量的方法的優點如下：

1、將位置信號的差值轉化為層間間隙數值，為非透明疊層板層間分析的測量提供了一種新方法；

2、通過彎曲變形規律，為疊層材料制孔層間檢測的測量提供了一種準確的分析方法；

3、不需要對機床結構進行改變，增加了測量系統的適應性。

附圖說明

圖1為疊層材料制孔層間間隙測量裝置整體應用示意圖。

圖2為疊層材料制孔層間間隙測量裝置的結構示意圖。

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為層間間隙值轉換示意圖。

具體實施方式

如圖1和圖2所示，一種疊層材料制孔層間間隙測量裝置，在機床主軸4的外圓周設有主軸固定套12，主軸固定套12上對稱設有兩個具有通孔的耳片，耳片內分別設有位置傳感器A2和位置傳感器B3，位置傳感器A2和位置傳感器B3的下端分別設有轉接螺桿14，兩個轉接螺桿14共同連接AB連接板16，在AB連接板16的中心設有設有導向通孔15，在導向通孔15的下方設有位置傳感器C9，位置傳感器C9的上端設有轉接套17，轉接套17的上表面設有限位凹槽13，限位凹槽13、導向通孔15和機床主軸4上連接的鉆頭6同軸設置；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再將信號傳遞給計算機進行處理。

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的轉接螺桿14設置在AB連接板16對應的通孔內，通孔上下表面分別設有定位螺母7與轉接螺桿連接。

所述的主軸固定套12為對開式的結構，且在耳片外表面設有定位銷釘11頂緊位置傳感器A2或位置傳感器B3。

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

1）將位置傳感器A和位置傳感器B固定在機床主軸4，上方采用主軸定位套12定位，下方的轉接螺桿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共同放置在待測量的疊層材料上表面，并分別測量出位置傳感器A和位置傳感器B在上表面的高度位置P_A和P_B，在測量過程中，保證工件、工作臺和AB連接板的平行度，測量后通過計算機處理為統一位置P₁；

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

4）未鉆孔時，疊層材料的上下表面位置分別為P₁和P₂，通過計算機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，就某個瞬間而言，上下表面位置分別為P₁′和P₂′，通過計算機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，在整個鉆孔過程中，層間間隙值隨時間不停變化D3′，位移傳感器將變化信息實時傳個計算機處理，最終形成層間間隙關于時間的變化規律；

6）由于測量位置不是實際的孔邊緣，故通過計算機運用層間間隙變化和板彎曲變形規律，得出實際的孔邊間隙。