【摘要】：超聲測厚技術(shù)由于具有成本低、操作靈活、裝置簡單、安全性高等優(yōu)點,已廣泛應(yīng)用于工業(yè)的無損測量領(lǐng)域。在機測量獲得零件毛坯壁厚或加工中的剩余壁厚分布狀態(tài),是實施零件加工目標(biāo)曲面再設(shè)計和壁厚誤差自動補償?shù)暮诵墓に嚟h(huán)節(jié)。實際生產(chǎn)中,大型薄壁件的超聲厚度檢測多為人工手持檢測,存在測量效率低、勞動強度大、結(jié)果一致性差等問題,測量窘境亟待改善。在超聲測量中采集得到的回波信號中常摻雜著各種噪聲和干擾,導(dǎo)致回波的形狀發(fā)生畸變甚至淹沒在噪聲中。為了提高超聲測量的可靠性,聲時的精確計算一直是研究的熱點之一。另外,由于切削加工過程和生產(chǎn)工藝的影響,工件表面會粗糙不平或具有特定的紋理特征,從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減和背景噪聲會嚴(yán)重降低超聲信號的信噪比,進而影響聲時計算以及超聲測厚的精度。為滿足超聲測厚中對聲時計算準(zhǔn)確性和可靠性的更高要求,提出了一種改進的變步長自適應(yīng)算法,同時,為了減小有限采樣頻率對聲時計算精度的限制,提出了對脈沖響應(yīng)序列進行三次樣條曲線擬合,進而準(zhǔn)確確定其最大值位置的策略。為了對比不同自適應(yīng)算法和聲時計算方法的性能,進行了不同信噪比條件下的數(shù)值仿真實驗。仿真實驗結(jié)果證明了提出的聲時計算方法的優(yōu)越性能,其最顯著的優(yōu)點是在低信噪比條件下依然能夠保持較低的均方偏差(Mean Square Deviation,MSD),因此更適用于聲時計算問題。對一系列不同厚度的鋁合金樣塊進行了超聲測厚實驗,實驗結(jié)果表明本文的聲時計算方法不僅能夠在低信噪比情況下保持較好的穩(wěn)定性,同時顯著降低了超聲測厚誤差。基于基爾霍夫近似和相屏近似理論,同時考慮由局部入射角引起的超聲波模式轉(zhuǎn)換和傳播路徑差異產(chǎn)生的相位抵消對聲波衰減的影響,通過整體平均方法建立了首次回波衰減與表面粗糙參數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型。對不同加工方式和表面粗糙度值的Q235鋼試塊進行了超聲測厚實驗,實驗結(jié)果驗證了理論模型的正確性。同時,實驗探究了粗糙度大小對超聲測厚精度的影響,給出了不同粗糙度值下的超聲測厚誤差。基于Labview開發(fā)了超聲在機測厚的軟件系統(tǒng),對鋁合金柵格板工件進行了超聲掃描測厚實驗,通過測量過程中的機床坐標(biāo)和超聲測厚結(jié)果對柵格板工件進行了三維形貌重建。選取工件上12個測量點進行了三坐標(biāo)與超聲測厚對比實驗,實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)超聲測厚與三坐標(biāo)測厚的誤差能保持在0.02mm以內(nèi),本系統(tǒng)能夠滿足對工件進行高精度在機超聲測厚需求。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG115.285

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2749533