超声测厚中的声时信号处理技术研究

发布时间：2020-07-10 22:25

【摘要】：超声测厚技术由于具有成本低、操作灵活、装置简单、安全性高等优点,已广泛应用于工业的无损测量领域。在机测量获得零件毛坯壁厚或加工中的剩余壁厚分布状态,是实施零件加工目标曲面再设计和壁厚误差自动补偿的核心工艺环节。实际生产中,大型薄壁件的超声厚度检测多为人工手持检测,存在测量效率低、劳动强度大、结果一致性差等问题,测量窘境亟待改善。在超声测量中采集得到的回波信号中常掺杂着各种噪声和干扰,导致回波的形状发生畸变甚至淹没在噪声中。为了提高超声测量的可靠性,声时的精确计算一直是研究的热点之一。另外,由于切削加工过程和生产工艺的影响,工件表面会粗糙不平或具有特定的纹理特征,从而具有一定的表面粗糙度值。而因粗糙表面引起的回波幅值衰减和背景噪声会严重降低超声信号的信噪比,进而影响声时计算以及超声测厚的精度。为满足超声测厚中对声时计算准确性和可靠性的更高要求,提出了一种改进的变步长自适应算法,同时,为了减小有限采样频率对声时计算精度的限制,提出了对脉冲响应序列进行三次样条曲线拟合,进而准确确定其最大值位置的策略。为了对比不同自适应算法和声时计算方法的性能,进行了不同信噪比条件下的数值仿真实验。仿真实验结果证明了提出的声时计算方法的优越性能,其最显著的优点是在低信噪比条件下依然能够保持较低的均方偏差(Mean Square Deviation,MSD),因此更适用于声时计算问题。对一系列不同厚度的铝合金样块进行了超声测厚实验,实验结果表明本文的声时计算方法不仅能够在低信噪比情况下保持较好的稳定性,同时显著降低了超声测厚误差。基于基尔霍夫近似和相屏近似理论,同时考虑由局部入射角引起的超声波模式转换和传播路径差异产生的相位抵消对声波衰减的影响,通过整体平均方法建立了首次回波衰减与表面粗糙参数之间的数学模型。对不同加工方式和表面粗糙度值的Q235钢试块进行了超声测厚实验,实验结果验证了理论模型的正确性。同时,实验探究了粗糙度大小对超声测厚精度的影响,给出了不同粗糙度值下的超声测厚误差。基于Labview开发了超声在机测厚的软件系统,对铝合金栅格板工件进行了超声扫描测厚实验,通过测量过程中的机床坐标和超声测厚结果对栅格板工件进行了三维形貌重建。选取工件上12个测量点进行了三坐标与超声测厚对比实验,实验结果发现超声测厚与三坐标测厚的误差能保持在0.02mm以内,本系统能够满足对工件进行高精度在机超声测厚需求。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG115.285

【参考文献】

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本文编号：2749533