3-6 用超声测厚仪测量曲面厚度

伏德贵 马临泮 杨维川 袁道成 章安仁

　　大型回转零件和封闭零件的壁厚无法用常规测量，只能采用超声波测厚仪（简称测厚仪），为搞清测厚仪测量曲面(特别是圆弧回转曲面)的影响因素及提高测量圆弧回转曲面厚度精度，以CL304测厚仪为例，就测量工件的主要影响因素进行分析。

图 1 双圆弧小端测量状态示意图及测头稳定定位装置

         (a) 延时工作方式              (b) 接触工作方式

图2 测厚仪测量厚度工作方式

　　（1）工件曲率半径的影响。工件曲率半径越大，测量误差越小，反之，则测量误差越大，这无论对于等壁厚还是非等壁厚零件都是一样的。

　　（2）工件形状及测量空腔间隙的影响。测厚仪测量曲面工件时，要么在凸面上测量，要么在凹面上测量，在凸面上接触时是点接触，不存在空腔间隙的影响，而凹面接触时存在空腔间隙，如图1所示，由于探头和曲面是通过耦合剂联系的，耦合剂参与了厚度计算，因此如果不消除空腔间隙的影响，必然会带来测量误差。而测厚仪的工作方式是接触方式与延时方式，当被测工件厚度小于18mm时，可采用延时工作方式，如图2(a)所示，可直接消除测量空腔间隙的影响，而当被测工件厚度大于18mm时，只能采用接触工作方式，如图2(b)所示，此时空腔间隙的影响则无法消除，但通过实验研究表明，对于某一种材料，其测量误差与空腔间隙厚度乘积之比基本上为一常数，因此可以通过该常数对测量结果进行修正，也可以较好地消除测量空腔间隙的影响。

　　(3)测头稳定性的影响。测头的稳定性就是测头测量工件时的方向不确定性，即是“rocking”问题，这主要与测头直径和被测工件曲率半径有关，为解决双圆弧回转曲面零件小端内表面测头稳定性差的问题，根据圆弧回转曲面的特点，制作了测头稳定定位装置，如图1(c)所示，该装置不仅能保证测量沿曲面法线方向进行，而且使测量结果重复性在5μm内。

　　（4）工件材料对测量结果的影响。测厚仪的工作原理是测量同种材料工件的厚度，因而如果测量合金材料，将导致声速的不一致性，从而产生测量误差，为此需用平面标准样块进行校准，以确定声速不一致性的程度，然后再根据被测工件精度要求及厚度大小来确定能否采用测厚仪进行测量，一般而言，测量误差随厚度增大而变大。