轴承磨床声发射实时监控装置的研制

发布时间：2017-09-06 00:04

  本文关键词：轴承磨床声发射实时监控装置的研制

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【摘要】：声发射检测技术是目前较为新颖的一种无损探伤检测方式,在金属加工领域已经得到了普遍的认可与广泛的研究应用。分析磨床工作时所产生的声发射信号,可实现磨床工作状态的实时监控,但由于磨削加工的声信号非常复杂,对其采集分析及特征值提取具有很大的难度,这也是无损检测工程应用领域一直以来的重点难题。本文研发了轴承磨床声发射实时监控装置,采用DSP+ARM的双核系统,通过DSP端对声发射采集信号的处理及特征信号提取,和ARM端采用QT编写的Linux操作系统作为整个装置的运行平台,保证整套装置的运行,其间通过HPI传输协议进行通讯。论文主要研究工作如下：1.通过研究轴承磨床的消空程、防碰撞功能的原理,确定了采用声发射无损检测的技术方法作为装置的理论依据,并根据实时监控的要求确定装置的功能组成与技术要求；2.根据实时监控的技术指标要求,确定采用双核系统的基本架构,完成了硬件电路的总体框架设计以及核心双核处理器的选型,详细描述了声发射信号预处理模块、DSP数据处理模块、ARM核人机交互模块、电源模块、通信模块的硬件设计过程；3.围绕双核处理器,对相应模块进行了软件设计。介绍了高速数字处理芯片DSP的总体软件设计方案与开发环境,DSP内部声发射信号处理、通信、数据存储等模块程序的定义与调用情况,并对各个模块的软件流程进行了详细的说明。对ARM的人机界面中的参数设计与实时监测界面的实现结果进行了介绍。4.对小波分析方法进行深入研究,通过对信号的仿真与结果对比,确定声发射信号小波分析的小波基函数与分解层数,提出将高频d1部分作为最终数据分析信号的方法并利用Matlab软件对该方法进行了分析,验证方法的有效性。进行模拟碰撞与正常磨削两个过程的Matlab软件分析,得到装置各个功能的设置阈值,通过计算得出装置前端响应时间理论值在5ms内,最后对装置进行轴承磨床加工现场实验验证确定了装置的实用性能良好,已基本满足技术要求。该装置生产成本为国外同类产品的十分之一、国内产品的二分之一,并且可以与国内大多数数控磨床进行快速配对,自动化程度高,具有大量安装配置的优势,为国内中小型磨床加工企业的产业升级提供了一个新的思路。
【关键词】：磨削 声发射 小波分解 实时监控
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG595;TH878
【目录】：

• 致谢6-7
• 摘要7-9
• Abstract9-16
• 1 绪论16-26
• 1.1 轴承磨床实时监控技术研究的背景及意义16
• 1.2 国内外研究现状16-20
• 1.2.1 轴承磨床实时监控研究现状16-18
• 1.2.2 声发射监控技术发展状况18-20
• 1.3 声发射源信号的处理20-25
• 1.3.1 参数分析21-23
• 1.3.2 波形分析23-25
• 1.4 论文主要研究内容25-26
• 2 需求分析及系统总体方案26-30
• 2.1 轴承磨床实时监控装置工作原理26
• 2.2 总体设计方案26-29
• 2.2.1 性能指标分析26-27
• 2.2.2 设计理论基础27-29
• 2.3 本章小结29-30
• 3 轴承磨床实时监控装置硬件设计30-42
• 3.1 声发射信号采集模块(AE传感器)30-31
• 3.2 声发射信号预处理模块31-32
• 3.3 声发射信号分析模块32-36
• 3.3.1 DSP芯片的特点及其优缺点32
• 3.3.2 DSP处理器平台及其选择32-33
• 3.3.3 DSP处理器的应用设计33-36
• 3.4 人机交互模块36-38
• 3.4.1 ARM微处理器的体系结构36
• 3.4.2 ARM微处理器系列36-37
• 3.4.3 ARM微处理器的选择37-38
• 3.5 通信模块38-40
• 3.6 电源模块40-41
• 3.7 装置外壳41-42
• 4 轴承磨床实时监控装置软件设计42-49
• 4.1 轴承磨床磨床实时监控装置软件设计概述42
• 4.2 DSP系统软件设计42-48
• 4.2.1 声发射信号处理模块软件设计44-45
• 4.2.2 配置信息模块软件设计45-46
• 4.2.3 通信模块软件设计46-48
• 4.3 ARM系统软件设计48-49
• 5 轴承磨床实时监控装置的声发射信号处理方法及实验分析49-64
• 5.1 小波变换理论及其研究方法49-62
• 5.1.1 小波变换的简介49
• 5.1.2 小波变换的理论49-52
• 5.1.3 Mallat算法52-53
• 5.1.4 小波基函数的选取53-55
• 5.1.5 小波分解层数的确立55-56
• 5.1.6 Matlab软件仿真56-62
• 5.2 系统性能测试62-64
• 6 结论与展望64-66
• 6.1 结论64
• 6.2 展望64-66
• 参考文献66-69
• 附录A 3MK3412型轴承磨床实物图69-70
• 作者简介70

【参考文献】

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1 杨瑞峰;马铁华;;声发射技术研究及应用进展[J];中北大学学报(自然科学版);2006年05期

2 陈玉华,刘时风,耿荣生,沈功田;声发射信号的谱分析和相关分析[J];无损检测;2002年09期

3 耿荣生,沈功田,刘时风;声发射信号处理和分析技术[J];无损检测;2002年01期

4 徐春广,王信义,杨大勇,袁洪芳;磨削过程声发射信号传播特性研究[J];北京理工大学学报;1998年04期

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本文编号：800964