本發明涉及檢測領域，具體地說是一種超聲刀具檢測方法。

背景技術：

超聲輔助切削加工技術在國民經濟生產生活中的應用日益廣泛。與傳統加工不同，超聲輔助切削加工中刀具在做切削運動、承受切削力的同時，還在超聲振動系統的驅動下做高頻拉伸/壓縮、扭轉、擺動等不同形式的振動。高頻振動對刀具品質、特別是刀具表面完整性提出了較高要求，如果刀具內部存在微裂紋，則在高頻受迫振動下，裂紋擴展導致刀具斷裂破損，容易造成被加工零件甚至機床的損壞。因此，在實際切削加工之前，對刀具性能進行測試，將具有缺陷的刀具檢出報廢是必要的。

國內外相關專利可以分成以下幾類：1.利用超聲頻率變化的應力作用在，被實驗的試件上，短時間內對樣件施加高頻的交變應力，觀測試件的斷裂或者表面形貌狀況來判斷樣件是否達到標準。例如在一種適用于刀具疲勞損傷的溫度檢測方法，通過檢測超聲加工工具在受到超聲激勵時發出的受激諧振波的線性系數等特征，對工具的材料和結構做出疲勞損傷檢測。這種檢測方法效率較低不適用大批量檢測出廠的超聲刀具。2.類似聲發射的檢測原理，通過向試件發射一定頻率，相位的超聲波信號。通過收集反射回來的超聲波信號，來判斷試件的裂紋，或者缺陷情況。這種實驗方法同樣不適用于超聲刀具的檢測。如果刀具剛開始使用時并沒有裂紋等缺陷，而只是金相組織強度不夠，同樣會導致刀具在高頻帶有負載的情況發生斷裂。那么用該方法則無法準確檢測超聲刀具。3.電位降法檢測試件裂紋，該檢測檢測方法多用于長距離管道的裂紋檢測方面，例如一種低溫疲勞裂紋擴展速率試驗裝置，利用直流電位降方法檢測金屬材料的疲勞裂紋擴展狀態。如果單純將電位降法用在超聲刀具的裂紋檢測方面會出現較大的誤差。因為刀具在不振動的情況下，裂紋不受力，處于閉合狀態，電阻和正常狀態沒有太大區別。而超聲刀具在受力，振動情況下會造成裂紋的張開和閉合，所以本專利做出改進，讓其在受力，振動狀態測試其電參數，提高檢測的準確率。

本專利采用自行設計的超聲刀具檢測方法，綜合了頻率振幅檢測，電位降法檢測，自由模態，壓力模態檢測的方法，通過一個完整的檢測流程，提高了超聲刀具質量檢測準確率，降低了出廠超聲刀具在加工過程中出現斷裂失效的幾率，提高了生產效率和加工安全性。

技術實現要素：

根據上述提出的技術問題，而提供一種超聲刀具檢測方法。

本發明采用的技術手段如下：

一種超聲刀具檢測方法，具有如下步驟：

初檢：

頻率振幅檢測：使超聲刀具處于諧振狀態，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)均在正常范圍內波動，則判定該超聲刀具通過初檢，正常范圍指的是諧振頻率在超聲電源系統上的對應的設定值的上下10％范圍內波動，振幅值在激光位移傳感器所設定值的上下5％范圍內波動；

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

超聲刀具在上述兩種檢測方案均未通過初檢，則重新進行上述兩種檢測，若仍未通過上述兩種檢測方案，則判定該超聲刀具不合格；頻率振幅檢測和電位降法檢測之間沒有邏輯上的前后關系，先做哪一種檢測都屬于本申請所要保護的范圍。

復檢：

自由模態檢測：通過初檢的超聲刀具在15KHz～40KHz的頻率范圍內振動，并尋找超聲刀具在15KHz～40KHz的頻率范圍內的各個諧振模態，

在每個諧振模態下，超過正常工作振幅20％的情況下，振動后均未發生斷裂，則判定該超聲刀具通過自由模態檢測，

發生斷裂，則判定該超聲刀具不合格；

壓力模態檢測：檢測頭對通過自由模態檢測的超聲刀具施加超過正常工作壓力20％的壓力的情況下，超聲刀具在15KHz～40KHz的頻率范圍內振動，并尋找超聲刀具在15KHz～40KHz的頻率范圍內的各個諧振模態，在每個諧振模態下振動后均未發生斷裂，則檢測頭改變對通過自由模態檢測的超聲刀具施加壓應力的接觸點，以同樣的方式檢測，若未發生斷裂的情況，則判定該超聲刀具通過復檢，壓力模態檢測中所述的以同樣的方式檢測指的是超聲刀具在15KHz～40KHz的頻率范圍內振動，并尋找超聲刀具在15KHz～40KHz的頻率范圍內的各個諧振模態，在每個諧振模態下振動；

在壓力模態檢測的過程中，檢測頭始終與通過自由模態檢測的超聲刀具保持接觸。

超聲刀具的振動通過與其連接的超聲變幅桿實現，并通過超聲電源驅動超聲變幅桿改變超聲刀具的頻率和振幅。超聲刀具的振動包括諧振，

超聲電源自動尋找諧振頻率，并反復調節超聲電源輸出功率和頻率，使超聲刀具達到諧振。

壓力模態檢測中所述壓應力的大小和方向為時間的函數或常量。

頻率振幅檢測中諧振頻率和振幅通過激光位移傳感器收集。

本發明利用超聲刀具表面的微裂紋的幾何形態和裂紋方向的不同，導致裂紋對不同的超聲振動模態有不同的敏感程度，再與電位降法和頻率振幅檢測法進行配合使用，可以提高不合格超聲刀具的檢出率與檢測速率。

基于上述理由本發明可在檢測等領域廣泛推廣。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

圖1是本發明的具體實施方式中一種超聲刀具檢測方法的流程圖。

圖2是本發明的實施例1中一種超聲刀具檢測裝置示意圖。

圖3是本發明的實施例1中檢測頭示意圖。

圖4是本發明的實施例1中電位降法檢測時線路連接示意圖。

圖5是本發明的實施例2和實施例3中檢測頭示意圖。

圖6是本發明的實施例2中電位降法檢測時線路連接示意圖。

圖7是本發明的實施例2和實施例3中檢測頭的調力旋鈕示意圖。

圖8是本發明的實施例3中電位降法檢測時線路連接示意圖。

具體實施方式

一種超聲刀具檢測方法，具有如下步驟：

初檢：

頻率振幅檢測：使超聲刀具處于諧振狀態，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波動，則判定該超聲刀具通過初檢；

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

超聲刀具在上述兩種檢測方案均未通過初檢，則重新進行上述兩種檢測，若仍未通過上述兩種檢測方案，則判定該超聲刀具不合格；

復檢：

自由模態檢測：通過初檢的超聲刀具在15KHz～40KHz的頻率范圍內振動，并尋找超聲刀具在15KHz～40KHz的頻率范圍內的各個諧振模態，

在每個諧振模態下，超過正常工作振幅20％的情況下，振動后均未發生斷裂，則判定該超聲刀具通過自由模態檢測，

發生斷裂，則判定該超聲刀具不合格；

壓力模態檢測：檢測頭對通過自由模態檢測的超聲刀具施加超過正常工作壓力20％的壓力的情況下，超聲刀具在15KHz～40KHz的頻率范圍內振動，并尋找超聲刀具在15KHz～40KHz的頻率范圍內的各個諧振模態，在每個諧振模態下振動后均未發生斷裂，則檢測頭改變對通過自由模態檢測的超聲刀具施加壓應力的接觸點，以同樣的方式檢測，若未發生斷裂的情況，則判定該超聲刀具通過復檢；

在壓力模態檢測的過程中，檢測頭始終與通過自由模態檢測的超聲刀具保持接觸。

超聲刀具的振動通過與其連接的超聲變幅桿實現，并通過超聲電源驅動超聲變幅桿改變超聲刀具的頻率和振幅。

超聲電源自動尋找諧振頻率，并反復調節超聲電源輸出功率和頻率，使超聲刀具達到諧振。

壓力模態檢測中所述壓應力的大小和方向為時間的函數或常量。

頻率振幅檢測中諧振頻率和振幅通過激光位移傳感器收集。

實施例1

如圖1-圖4所示，一種超聲刀具檢測裝置，包括底座1、旋轉套筒2、超聲變幅桿3、激光位移傳感器4和檢測頭5，檢測頭5可沿底座的橫向，縱向方向移動，也可以調節固定在檢測頭5底部的螺母，來調節檢測頭5的高度。當調節到適當位置時，可以通過檢測頭5上的螺絲固定。當要用激光位移傳感器4來收集超聲刀具6的諧振頻率和振幅時，將檢測頭5移開，當要進行電位降法檢測時，將檢測頭5移動到超聲刀具6部位進行檢測即可。

所述檢測頭5為徑向檢測頭，徑向檢測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電材料制造，例如銅。從超聲刀具6與徑向檢測頭的接觸點處引出(徑向檢測頭上有導線引出孔52)導線7，以進行電位降法檢測。凹槽51的末端具有容刃槽53，防止徑向檢測頭與超聲刀具6前部端刃在諧振過程中以及施加壓應力時碰撞而發生崩刃。

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

激光位移傳感器4可沿三個方向檢測超聲刀具6的諧振頻率和振幅。

超聲變幅桿3位于旋轉套筒2內，可通過旋轉套筒2(旋轉套筒2可繞水平軸線旋轉)相對底座1旋轉，從而帶動超聲刀具6旋轉到檢測位置，超聲變幅桿3將超聲電源產生的能量傳遞給超聲刀具6，并對振幅進行放大。

超聲刀具6為尖刀形超聲刀具。

一種超聲刀具檢測方法，具有如下步驟：

初檢：

頻率振幅檢測：將超聲刀具6安裝在可以沿軸線方向轉動的超聲變幅桿3上，啟動超聲電源，使超聲刀具6處于諧振狀態，用激光位移傳感器4收集超聲刀具6一側刀刃的諧振頻率和振幅，然后旋轉(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波動，則判定該超聲刀具6通過初檢；

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

超聲刀具6在上述兩種檢測方案均未通過初檢，則重新進行上述兩種檢測，若仍未通過上述兩種檢測方案，則判定該超聲刀具6不合格；

復檢：

自由模態檢測：通過初檢的超聲刀具6安裝在超聲變幅桿3上，啟動超聲電源，利用超聲電源的自動掃頻功能，在15KHz～40KHz的頻率范圍內自動掃頻，進而帶動超聲刀具6在15KHz～40KHz的頻率范圍內振動，并尋找超聲刀具6在15KHz～40KHz的頻率范圍內的各個諧振模態，

在每個諧振模態下，超過正常工作振幅20％的情況下，振動后均未發生斷裂，則判定該超聲刀具6通過自由模態檢測，

發生斷裂，則判定該超聲刀具6不合格；

壓力模態檢測：檢測頭5對通過自由模態檢測的超聲刀具6一側刀刃施加超過正常工作壓力20％的壓力的情況下，開啟超聲電源，利用超聲電源的自動掃頻功能，在15KHz～40KHz的頻率范圍內自動掃頻，進而帶動超聲刀具6在15KHz～40KHz的頻率范圍內振動，并尋找超聲刀具6在15KHz～40KHz的頻率范圍內的各個諧振模態，同時可以改變所述壓應力的大小和方向或維持原值不變，目的在于模擬加工狀態下超聲刀具6加工時的實際工作狀態，在每個諧振模態下振動后均未發生斷裂，則旋轉(180°)超聲變幅桿3和超聲刀具6，檢測頭5改變對通過自由模態檢測的超聲刀具6施加壓應力的接觸點，以同樣的方式檢測，若未發生斷裂的情況，則判定該超聲刀具6通過復檢；

在壓力模態檢測的過程中，檢測頭5始終與通過自由模態檢測的超聲刀具6保持接觸。

超聲刀具6的振動通過與其連接的超聲變幅桿3實現，并通過超聲電源驅動超聲變幅桿3改變超聲刀具6的頻率和振幅。

超聲電源自動尋找諧振頻率，并反復調節超聲電源輸出功率和頻率，使超聲刀具6達到諧振。

壓力模態檢測中所述壓應力的大小和方向為時間的函數。

實施例2

如圖5-圖7所示，一種超聲刀具檢測裝置及一種超聲刀具檢測方法，其與實施例1中所公開的一種超聲刀具檢測裝置及一種超聲刀具檢測方法的區別特征為：

所述檢測頭5`為軸向檢測頭，軸向檢測頭的橫截面呈U型，其開口處設有四個調力旋鈕8，每兩個調力旋鈕8為一組并與另外兩個相向設置，調力旋鈕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，軸向檢測頭上具有所述接觸桿83穿過的孔84，所述螺栓81通過螺栓座85與所述軸向檢測頭連接，

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

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

實施例3

如圖5、圖7和圖8所示，一種超聲刀具檢測裝置及一種超聲刀具檢測方法，其與實施例2中所公開的一種超聲刀具檢測裝置及一種超聲刀具檢測方法的區別特征為：超聲刀具6`為圓盤形超聲刀具。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。