接触式超声在机自动测厚系统设计

发布时间：2017-06-01 04:23

  本文关键词：接触式超声在机自动测厚系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大型薄壁零件在航空航天等领域有着极为广泛的应用,加工精度要求比较高,因此需要较高的测量精度。而厚度信息是其中一个关键的指标,影响着工件的重量、回转特性等,但是由于其测点较多,所以不能采用人工测量。考虑到其尺寸大、刚度低、移动困难、装夹复杂的特点,因此如果采用以三坐标机为代表的离线自动化检测手段,就会引入重复定位误差,而且实时性不好。目前针对薄壁零件实现在机自动测厚的实验研究比较少。本课题的研究方向为构建应用于薄壁件厚度接触式超声在机自动测厚的方法和系统。其中主要的难点是：超声测头与被测工件的接触状态判断和超声测头与曲面工件的法矢重合问题。针对超声在机自动测厚的接触缓冲、接触识别、耦合剂供应问题,设计了以弹簧为核心部件的缓冲机构,设计了以接近开关、PLC为核心控制部件的接触识别机构,设计了以水泵、调节阀、压力表为核心的耦合剂供应系统。针对超声测量中的法矢重合问题,给出了曲面数字化、曲面点法矢求解、曲面区域平均法矢求解、超声测头角度调整的方案。针对超声板卡中接收到的信号存在噪声、峰值不易识别的问题,利用小波方法实现噪声去除,利用希尔伯特变换和低通滤波的方法完成包络特征的提取。设计算法完成峰值识别,配合超声波在工件中的传播速度得到待测工件的厚度值。利用方便快捷的VB语言和功能强大的MATLAB进行混合编程,实现人机交互界面的设计。针对超声波在不同材料、不同基体结构的工件中传播速度不一致的问题,利用已知厚度的板材进行了标定实验,对测量的结果进行校准。对阶梯试件、倾角试件和曲面试件进行测厚实验,与三坐标机的测量结果进行比对,验证了所研制系统的可行性。所研究的接触式超声在机自动测厚系统能够提高工件的测量效率和测量精度,为航空航天事业做出了一定的贡献。
【关键词】：超声 接触式 在机自动测厚 系统设计
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB553;TH821.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题背景及研究意义9-10
• 1.2 常用的测厚技术介绍10-13
• 1.3 国内外研究现状13-14
• 1.4 研究内容14-16
• 2 超声波概述和测厚原理16-31
• 2.1 超声波的概述16-19
• 2.1.1 超声波基本概念16-17
• 2.1.2 超声波分类17-19
• 2.2 超声探头的声场特性19-23
• 2.2.1 平探头的声场特性19-22
• 2.2.2 聚焦探头的声场特性22-23
• 2.3 超声测厚原理23-26
• 2.3.1 共振法23-24
• 2.3.2 兰姆波法24-25
• 2.3.3 脉冲反射法25-26
• 2.4 超声测量影响因素分析26-30
• 2.4.1 工件对超声测量精度的影响26-29
• 2.4.2 仪器设备对超声测量精度的影响29
• 2.4.3 耦合剂对超声测量精度的影响29-30
• 2.4.4 其他因素对超声测量精度的影响30
• 2.5 本章小结30-31
• 3 超声在机接触式测厚执行端设计31-42
• 3.1 超声测头结构设计31-39
• 3.1.1 超声探头选择32-33
• 3.1.2 接触识别结构设计33-36
• 3.1.3 缓冲结构设计36-38
• 3.1.4 耦合剂供应系统设计38-39
• 3.2 角度调整39-41
• 3.3 本章小结41-42
• 4 信号处理和采集软件开发42-57
• 4.1 信号去噪44-49
• 4.1.1 小波基本概念和去噪原理44-46
• 4.1.2 小波去噪的基本步骤46-47
• 4.1.3 小波去噪的Matlab实现47-49
• 4.2 超声波信号的包络提取49-52
• 4.2.1 希尔伯特包络提取49-51
• 4.2.2 小波包络提取51-52
• 4.3 峰值识别和厚度获取52
• 4.3.1 峰值识别52
• 4.3.2 厚度计算52
• 4.4 超声在机测厚数据采集软件开发52-56
• 4.5 本章小结56-57
• 5 实验和分析57-68
• 5.1 标定实验57-60
• 5.2 测厚实验及分析60-67
• 5.2.1 平板零件测量及分析60-64
• 5.2.2 曲面工件测量及分析64-67
• 5.3 本章小结67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-71
• 致谢71-72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 刘建国,李志舜;湖底回波的包络特征提取[J];计算机仿真;2005年10期

2 宋焕;任华;韩德军;岑占先;;浅析接近开关的选型与性能测定[J];内蒙古石油化工;2008年02期

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本文编号：411661