航空制造业是制造业重要的组成部分之一,其技术水平和生产能力是国家制造实力和国防科技水平的综合体现。随着航空工业的发展,薄壁件的加工需求越来越高。航空薄壁件在制造中的要求主要包括:厚度精度、表面精度,轮廓精度等。厚度是航空薄壁件的一个重要指标。壁厚的一致性对空气动力性能是十分重要的。另外,通过减小薄壁件厚度可以提高航空飞行器的承载能力。因此,薄壁件在加工中,厚度精度要严格保证。为保证薄壁件的厚度加工精度,必须对厚度进行测量。传统的离线测量效率低、精度低。为提高航空薄壁件的制造效率问题,对薄壁件厚度使用了在线测量的方法。通过对薄壁件厚度的在线测量,从而实现航空薄壁件的高效加工。为实现壁厚的在线测量,可以在检测过程中使用超声波传感器。通过超声波检测对薄壁件的厚度值进行检测,得到的检测结果的精度更高,检测的可靠性更大。因为采用的是非接触式的超声波测量,即测厚装置的腔体(超声波测头和薄壁件之间)必须充满液体介质,所以就需要引入水压闭环控制系统,使测厚装置腔体的水压恒定。由于需要在薄壁件表面进行动态的厚度测量,且防止压力过大导致工件表面划伤,压力过小导致测厚不稳定。此时就需要引入压力闭环控制,使测厚装置与薄壁件表面的压力稳定,从而使薄壁件的厚度数据稳定。通过水压闭环控制和压力闭环控制实现超声波测厚。论文主要工作如下:1.水压闭环控制系统是厚度在线测量中重要的子系统之一。由于在本水压闭环控制系统中的测厚装置的角度、测厚装置的位置、水管管路的位置会经常变化,而且实验环境受外界的干扰很大。在不同的时刻PID控制的效果也相差很大。PID控制对这种情况特别敏感,传统的PID控制不能达到较好较高效的控制效果。本文通过P型闭环迭代学习算法优化水压闭环控制,并且理论证明了P型闭环迭代学习控制的收敛性,通过实验验证了迭代学习控制在本水压闭环控制系统优于PID控制,且薄壁件的厚度测量稳定。2.压力闭环控制系统是厚度在线测量中重要的子系统之一。压力闭环控制系统不同于水压闭环控制系统,压力闭环控制系统受外界的影响因素相对较小;但是由于薄壁件的刚性较差的问题,会导致薄壁件在不同高度区域的压力控制效果不一致;压力传感器的标定也是一个难点。由于传统的PID参数的整定不适用于本压力闭环控制系统。本文的压力闭环控制通过布谷鸟搜索算法优化得出薄壁件不同高度区域的最佳的PID参数,然后再经过工程整定,同时给出了工程应用。通过实验验证了布谷鸟搜索算法得出的PID参数优于直接工程整定得出的PID参数,且薄壁件的厚度稳定。引入压力闭环控制后,在线测量的速度是1000mm/min。3.提升对厚度在线测量的调节速度。当在线测量的速度提升到3000mm/min时,水压控制和压力控制的效果较差,厚度数据波动也较大。控制较差的主要原因是控制速度不够快,即控制速度跟不上加工的移动速度。为了提升测量速度,从传统的西门子ET200M优化成了西门子高速模块ET200S。采用ET200S后传输速度达到了12Mbps,而ET200M的传输速度只有1.5Mbps,一个周期的时间缩短了很多。采用ET200S后,在速度在3000mm/min下,水压控制和压力控制达到了控制要求。在如上所有优化完成后,达到了航空薄壁件的厚度在线测量,从而服务于航空薄壁件的高效加工,加工和测量同时进行,并满足了航空薄壁件厚度的精度要求。