基于声发射的磨削监控技术研究

论文摘要

声发射是固体材料中普遍存在的一种物理现象。声发射作为一种新型无损检测技术已经在机械加工等诸多领域得到了非常广泛的应用。磨削过程是一个非常复杂的过程,在磨削区存在着丰富的声发射信号源,这些信号从不同方面反映了磨削状态的变化。由于声发射检测的灵敏度较高,且可以在不停机的情况下完成监控过程,因此非常适合磨削加工的在线检测。本文基于声发射技术,研制了一套磨削监控系统,进行了相关的磨削监控试验,以探索声发射在磨削监控过程中的具体应用。本文主要研究内容有:对声发射信号的形成机理作必要的分析,并介绍了声发射信号常用的两种处理技术:参数分析法与波形分析法,为后续的研究工作奠定理论基础。对基于声发射的磨削监控系统进行了总体设计研究,阐述了系统的组成要素以及系统的工作原理;根据监控系统需满足的要求,进行了系统的硬件设计。在磨削监控系统总体设计的基础上,利用LabVIEW和VC++语言工具设计开发了声发射磨削监控系统的各软件功能模块,包括信号采集功能模块、信号分析处理功能模块、通讯功能模块、图形显示与数据存储功能模块等。在自行改造的数控磨床上进行了相关的实际磨削监控试验:从事了磨削接触可行性试验,通过采集砂轮与工件磨削接触前后声发射信号的变化,确定了磨削接触监控的声发射特征参量阈值,并通过实际磨削试验证实以声发射信号作为磨削接触开关是可行的;从事了砂轮钝化磨削试验,分析了磨削参数对砂轮钝化过程的影响,根据试验结果确定了用于砂轮钝化监控的声发射振铃计数与均方根阈值,最后通过实际的磨削试验证明利用磨削声发射信号进行砂轮钝化状态的监控是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题提出的背景
• 1.2 声发射磨削监控的研究状况
• 1.3 声发射技术的发展与应用
• 1.3.1 声发射技术的发展
• 1.3.2 声发射技术的应用
• 1.4 本课题研究的目的意义及其主要研究内容
• 1.4.1 本课题研究的目的意义
• 1.4.2 本课题研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 声发射机理分析与信号处理技术
• 2.1 声发射形成机理分析
• 2.2 影响声发射特性的因素
• 2.3 声发射信号处理技术
• 2.3.1 声发射信号的参数分析法
• 2.3.2 声发射信号的波形分析法
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于声发射磨削监控系统总体结构设计
• 3.1 磨削监控系统的总体结构
• 3.2 基于声发射磨削监控系统的硬件组成
• 3.2.1 声发射检测系统
• 3.2.2 数控系统
• 3.2.2.1 工控机
• 3.2.2.2 PMAC 运动控制器
• 3.2.2.3 伺服驱动系统与变频器
• 3.3 基于声发射磨削监控系统的软件组成
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于声发射磨削监控系统软件模块的实现
• 4.1 监控系统软件模块的开发工具与环境
• 4.2 信号采集软件功能模块的实现
• 4.3 信号分析处理软件功能模块的实现
• 4.3.1 滤波
• 4.3.2 标度变换
• 4.3.3 AE 特征信息的提取
• 4.4 通讯软件功能模块的实现
• 4.5 图形显示与数据存储软件功能模块的实现
• 4.6 磨削监控软件系统的工作过程
• 4.7 本章小结
• 第五章 基于声发射磨削监控系统的试验研究
• 5.1 试验目的
• 5.2 磨削监控试验准备
• 5.2.1 数控系统的改进
• 5.2.2 AE 传感器的安放位置
• 5.3 磨削接触监控试验与分析
• 5.3.1 试验条件
• 5.3.2 试验过程及分析
• 5.4 砂轮钝化监控试验与分析
• 5.4.1 试验条件
• 5.4.2 试验过程及分析
• 5.5 本章小节
• 第六章 论文工作总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文情况