滚动轴承声信号特征提取和诊断试验研究

为解决振动检测方法不能有效识别低速旋转机械滚动轴承故障问题,利用声发射检测方法,建立了滚动轴承低速声发射信号采集试验装置,对模拟人工缺陷滚动轴承声发射信号进行了采集,进而对滚动轴承声发射信号进行总体平均经验模式分解,结合能量矩及相关系数法综合判断分解后各模态分量的真伪,据此提取出特征信号并做出其局部Hilbert边际谱,最后对滚动轴承各种故障模式进行诊断。试验结果表明该诊断方法能准确识别滚动轴承声发射信号故障频率,依据特征频率及幅值大小可对低速滚动轴承故障进行有效诊断。     

油罐声发射检测信号数据库研究及应用

分析了油罐声发射检测技术特点和弱点,基于对检测影响因素的分析研究提出了油罐声发射信号特征数据库系统。采用盐水腐蚀真实罐底板,模拟油罐腐蚀。以Matlab软件为基础,提取全波形文件中被识别为腐蚀类别的特定帧信号,选取合适的自适应阈值电压得到信号特征参数,将全波形信号和信号特征参数入库。根据数据库特征参数训练支持向量机分类器,应用到实际油罐检测中并与开罐检测结果作对比,达到预期油罐分类效果。     

光纤Sagnac传感器对材料频率特性的实验研究

不同的材料由于物理性质不同,在断裂时会产生不尽相同的声发射信号。光纤声发射传感器以其频带宽,抗电磁干扰,灵敏度高,体积小等优点在声发射（AE）信号探测方面有着广泛的应用前景。本文采用光纤Sangac传感器,对不同材料断裂过程的声发射信号进行检测,通过快速傅立叶变换分析其频谱。实验得知同一种材料断裂的声发射信号具有相同的...     

硬脆非球面光学镜精密磨削与自适应控制方法

针对硬脆非球面光学镜硬度高、型面特殊、加工面积大、加工质量要求高的特点,提出了一种基于法向跟踪的、以圆筒形砂轮端面进行磨削的非球面范成精密加工方法。在此基础上,进一步设计了智能化的实时检测与自适应控制方法。应用这些方法实现了磨削运动轨迹的精确控制、砂轮磨损的自动补偿、磨削压力的自动控制、工艺参数的自动调节。实验结果表明:以圆筒砂轮端面进行磨削的、基于法向跟踪的非球面范成精密磨削法可以保证非球面的面形精度,砂轮磨损实时检测与自适应控制方法能提高加工质量和效率。     

平行磨削非轴对称非球面光学元件表面形貌

结合砂轮表面仿真及磨削过程的运动学仿真获得工件表面轮廓、形貌和粗糙度预计,可以作为磨削过程中的理论依据,是精密磨削加工技术中主要的研究内容之一。平行磨削技术是加工非轴对称非球面光学元件的重要手段,而相关的仿真过程报道还很少。提出一种基于平行磨削的精密磨削加工非球面表面生成的仿真方法,该方法主要包含使用高斯方法生成具有不同统计学特征的随机砂轮表面形貌,建立单磨粒运动轨迹方程和圆弧砂轮细分后与工件表面点接触的运动关系,据此给出平行磨削加工表面生成的数值算法,并对不同加工参数下的工件表面形貌进行仿真。仿真结果和测量结果的一致性验证了所给算法的正确性和有效性     

在线电解修整磨削的电解磨削液研制

为了对金属结合剂砂轮电解修整 ,研究并配制了电解磨削液。根据电解磨削液的性能要求 ,分析确定了电解磨削液中具有电解、钝化、防锈和润滑等性能的各组元 ,并通过静态实验确认了各组元对电解磨削液性能的影响。确定最佳电解磨削液在实际系统中对金属结合剂砂轮进行电解修整得到了较为满意的修整结果。所研制的电解磨削液具有实用价值 ,可用于生产。     

钢轨裂纹伤损声发射源的建模仿真与特征分析

高速铁路的发展对钢轨的安全性提出了特殊要求,因此对钢轨内部裂纹的特征分析具有重要意义。为了研究钢轨内部裂纹声发射源特征,对钢轨中不同类型、深度和传导距离的裂纹声发射源进行了分析.采用有限元方法建立了钢轨模型并通过实验验证,然后结合小波方法和瑞利-兰姆方程分析了裂纹声发射源的特征。结果表明:钢轨中不同类型和不同频率特征的声发射源能够利用声发射模态之间的强度比率来识别;轨腰深度上的声发射源具有统一的模态特征,而轨头和轨底的声发射源则具有复杂的模态特征;同时,不同类型声发射源在钢轨中的传导特征差异明显。研究结果对利用声发射技术进行钢轨裂纹检测提供了指导,可作为实际应用的重要参考。      

钢轨裂纹伤损声发射源的建模仿真与特征分析

高速铁路的发展对钢轨的安全性提出了特殊要求,因此对钢轨内部裂纹的特征分析具有重要意义。为了研究钢轨内部裂纹声发射源特征,对钢轨中不同类型、深度和传导距离的裂纹声发射源进行了分析.采用有限元方法建立了钢轨模型并通过实验验证,然后结合小波方法和瑞利-兰姆方程分析了裂纹声发射源的特征。结果表明:钢轨中不同类型和不同频率特征的声发射源能够利用声发射模态之间的强度比率来识别;轨腰深度上的声发射源具有统一的模态特征,而轨头和轨底的声发射源则具有复杂的模态特征;同时,不同类型声发射源在钢轨中的传导特征差异明显。研究结果对利用声发射技术进行钢轨裂纹检测提供了指导,可作为实际应用的重要参考。     

大口径碳化硅反射镜高效磨削实时补偿技术

碳化硅陶瓷作为光学材料已在空间相机反射镜中得到了广泛应用,而在碳化硅反射镜磨削加工过程中,砂轮会产生径向磨损,导致砂轮的形状精度发生较大变化,这将直接影响碳化硅反射镜的加工精度和加工周期。为保证磨削质量,需要对砂轮磨削产生的误差进行补偿。通过工艺试验,获得不同加工参数和加工时间下的误差补偿值,再利用五轴联动数控机床并结合UG(NX)软件快速建立母线误差曲线的补偿模型,从而实现整个磨削过程中的磨削误差实时补偿。针对Φ1.6m口径碳化硅同轴非球面反射镜,经过磨削补偿加工后的反射镜面型误差PV为27.4μm,RMS为5.5μm,实现了轻质碳化硅光学元件的安全、高效、高精度磨削加工。     

超声辅助磨削杯形砂轮变幅器设计与试验*

超声辅助磨削在硬脆材料的加工中应用广泛。为研制以杯形砂轮为加工工具的超声辅助磨削主轴附件式工具系统,建立了杯形砂轮变幅器的理论模型,推导了其频率方程,并通过Matlab开发了杯形砂轮变幅器设计软件。利用该软件结合有限元分析对杯形砂轮变幅器进行了设计。将研制的杯形砂轮变幅器与BT40刀柄一体化外套筒、导电滑环装配组成了杯形砂轮超声辅助磨削主轴附件式工具系统。对该超声振动系统进行了阻抗分析试验及超声谐振试验,结果表明,该超声振动系统阻抗性能较好,能够使杯形砂轮产生稳定的超声振动,验证了所提出的设计方法的正确性,为主轴附件式超声磨削装置的设计提供了理论参考。     

Acoustic emission monitoring of high speed grinding of silicon nitride

Acoustic emission (AE) monitoring of a machining process offers real-time sensory input which could provide tool condition and part quality information that is critical to effective process control. However, the choice of sensor, its placement, and how to process the data and extract useful information are challenging application-specific questions which researchers must consider. Here we report an effort to resolve these questions for the case of high speed grinding of silicon nitride using an electroplated single-layered diamond wheel. A grinding experiment was conducted at a wheel speed of 149 m s-1 and continued until the end of the useful wheel life. AE signal data were then collected for each complete pass at given grinding times throughout the useful wheel life. We found that the amplitude of the AE signal monotonically increases with wheel wear, as do grinding forces and energy. Furthermore, the signal power contained in the AE signal proportionally increases with the associated grinding power, which suggests that the AE signal could provide quantitative information of wheel wear in high-speed grinding, and could also be used to determine when the grinding wheel needs replacement.     

基于局部线性嵌入的特征融合方法在岩石破裂 状态分类的应用*

为了获取岩石破裂过程有效的声发射信号特征,更好的对岩石破裂状态进行分类,提出一种基于流形学习算法的LLE特征融合方法进行数据降维。以红砂岩为研究对象设计室内单轴压缩实验采集信号,然后对原始声发射信号预处理并对信号进行特征提取,以时域、频域下的特征向量重新组合成一组新的多维特征向量,采用线性主元(PCA)和流形学习LLE算法分别进行降维。比较两种算法降维后融合特征的聚类效果二维和三维分布图,使用LLE算法降维后,四种状态分布相对更近,呈一条水平线趋势,且各状态交叉混叠数目较少,第一状态没有一个样本错判,且四个状态相比于PCA降维后的聚类效果更集中。再比较两种算法降维后融合特征的敏感度之和,LLE算法融合特征敏感度之和远大于PCA算法,说明经过LLE算法降维后得到的融合特征更多地表征了原始信号包含的局部信息同时证明了LLE算法相比PCA算法具有更好的聚类效果。最后经LLE特征融合下的砂岩破裂状态分类实验验证,融合特征后的识别率相对单一的时域特征识别提高了6%。表明该方法能显著提高岩石破裂状态分类的识别率,降维性能相对突出。     

脉冲光纤激光修锐青铜金刚石砂轮等离子体特性研究

采用光栅光谱仪 对脉冲光纤激光修锐青铜金刚石砂轮过程中产生的等离子体空间分辨发射光谱进行了测量. 研究了500–600 nm波段范围内的等离子体空间发射光谱强度随激光平均功率和脉冲重复频率的变化情况. 结果表明: 等离子体辐射光谱强度在其径向膨胀方向上距离砂轮表面约2.4 mm处达到最大值. 在局部热力学平衡假设条件下, 根据等离子体中六条铜原子谱线的相对强度, 利用Boltzmann 图法, 计算得到在不同激光功率和重复频 率条件下的等离子体电子温度沿砂轮径向方向的分布规律. 实验结果表明: 在激光修锐青铜金刚石砂轮过程中, 距离砂轮表面约3 mm处等离子体电子温度出现峰值, 其温度最高可达4380 K, 且等离子体电子温度随着激光参数和 空间位置的改变呈现出不同的演变规律. 关键词： 脉冲光纤激光 等离子体发射光谱 激光修锐 电子温度     

A Non-Contact Fault Diagnosis Method for Bearings and Gears Based on Generalized Matrix Norm Sparse Filtering

Fault diagnosis of mechanical equipment is mainly based on the contact measurement and analysis of vibration signals. In some special working conditions, the non-contact fault diagnosis method represented by the measurement of acoustic signals can make up for the lack of contact testing. However, its engineering application value is greatly restricted due to the low signal-to-noise ratio (SNR) of the acoustic signal. To solve this deficiency, a novel fault diagnosis method based on the generalized matrix norm sparse filtering (GMNSF) is proposed in this paper. Specially, the generalized matrix norm is introduced into the sparse filtering to seek the optimal sparse feature distribution to overcome the defect of low SNR of acoustic signals. Firstly, the collected acoustic signals are randomly overlapped to form the sample fragment data set. Then, three constraints are imposed on the multi-period data set by the GMNSF model to extract the sparse features in the sample. Finally, softmax is used to as a classifier to categorize different fault types. The diagnostic performance of the proposed method is verified by the bearing and planetary gear datasets. Results show that the GMNSF model has good feature extraction ability performance and anti-noise ability than other traditional methods.     

侧吹气体对光纤激光修锐青铜金刚石砂轮等离子体特性影响

为了研究辅助侧吹氩气对光纤激光修锐青铜结合剂金刚石砂轮等离子体的影响,利用高速摄像机拍摄不同侧吹工艺参数下等离子体空间膨胀形态,结果表明：氩气降低了等离子体的膨胀高度,随着压力增加,等离子体的膨胀距离减小,等离子抑制作用增强。 利用光谱仪研究了等离子体发射光谱在砂轮径向上的最大值随氩气压力的变化情况,并根据Boltzmann斜线法和Stark展宽法,计算不同氩气压力下等离子体在砂轮径向上电子温度和电子数密度的最大值,结果表明：气体压力增大,等离子体光谱线强度先增大后减小,等离子体光谱线强度在0.2 MPa时达到峰值,较大的氩气压力明显降低等离子体电子温度和电子数密度,从而减小对砂轮表面形貌的影响。 利用超景深三维扫描仪观测添加侧吹气体前后砂轮表面形貌,结果表明：0.5 MPa侧吹氩气后,砂轮表面形貌质量明显优于未添加侧吹气体时。     

小波包节点分段阈值降噪在水声监听中的应用*

水声目标信号在发送、传播过程中,易受到环境噪声、系统自噪声等影响,因此水声监听过程中目标信号会掺杂大量噪声信息。为提高获取目标信号的准确性和可靠性,降低噪声,在已有小波分析基础上,提出小波包节点相对能量判断最优分解层,最优分解层节点系数分段阈值处理重构方法,实现水声监听信号分频段去噪。将0.1 kHz~8.4 k Hz实验数据按节点频率排序划分为5个强弱不同的频段信号实现消噪提取,结果表明该方法可将噪声信号与目标信号有效分离,与全局单一阈值相比,具有较好降噪能力。该方法打破了小波阈值去噪高频处理的局限性,提高了识别精度,改善了全局单一阈值去噪存在的短板,在鱼类分析识别、舰船监听、深海探测等方面具有一定的推广和应用价值。     

K-SVD和OMP算法在超声信号去噪中的应用

针对在线采集时超声波检测信号中存在大量噪声,降低了材料内部缺陷诊断准确性的问题,提出了一种基于广义K+奇异值分解算法(K-SVD)和正交匹配追踪算法(OMP)相结合的超声回波信号去噪算法。该算法利用K-SVD算法将Gabor字典训练成能够最有效反映信号结构特征的超完备字典,然后基于训练完成的超完备字典,用OMP算法把一定数量的字典原子进行线性组合来构成原始信号,从而实现信号的去噪。通过仿真实验将本文方法与传统的小波阈值去噪方法进行了对比研究。实验结果表明,该方法对超声回波信号的去噪效果优于小波阈值去噪方法,且噪声越大对比越明显,不仅可更有效地滤除信号中的高斯白噪声,提高信噪比,且尽可能保留了原始信号有用信息。     

大负载超声振动磨削系统的设计

设计了一种大负载超声振动磨削系统,超声系统由换能器、圆柱圆锥形变幅杆和轮辐式砂轮组成.首先将轮辐式砂轮等效成轮毂为圆柱杆、辐板与轮缘为中厚板的复合模型,利用各接触面边界连续的条件推导系统的频率方程,完成了超声磨削系统的设计,制作了实验装置并分析验证了其声学振动特性.实验结果表明:利用轮辐式砂轮复合模型求解系统频率方程,...     

A novel acoustic monitoring method of laser peening

The acoustic monitoring method of laser peening has aroused a great deal of interest for realizing the non-destructive detection and real-time monitoring. Considering the special characteristics of the acoustic signal generated in the laser peening, we have explored a new signal processing method for feature extraction, which is based on the intrinsic relationship between the adjacent data in the signal series. During the implementation, we measure the cosine similarity of neighboring subsequences for presenting that interrelation. After investigating the variation of the cosine similarity in the series, evident features could be observed visually, and useful characteristic value could be extracted to assist in identifying the working state. As a result, the effectiveness of the new method is well verified and its application potential is worthy of expectation.