超薄板微成形模具的ae信號檢測系統裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及超薄板微成形技術，提供一種超薄板微成形模具的AE信號檢測系統裝置及方法。裝置包括AE信號傳感器、信號放大器、A/D轉換器、位移傳感器和帶有數據采集卡并安裝有MATLAB軟件的計算機，本發(fā)明利用AE信號檢測系統裝置來檢測超薄板微成形時是否出現肉眼所不能見的微小裂紋，可對超薄板微成形進行實時檢測，避免成形出大量成形件后再對產品進行檢測，造成經濟損失；通過在零件易被拉裂的特征部位附近布置AE信號傳感器，對調試模具和合理制定工藝參數等提供判別依據；若進行成形性能實驗來檢測成形件的拉深系數時，通過AE信號檢測系統裝置與位移傳感器配合，可以得到精確的拉深系數。
【專利說明】超薄板微成形模具的AE信號檢測系統裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及超薄板微成形技術，提供一種超薄板微成形模具的AE信號檢測系統裝置及方法，屬于微塑性成形與信號檢測【技術領域】。
【背景技術】
[0002]近年來，市場對產品微型化的需求使得電子設備變得更便攜和具有更多的綜合功能，對于醫(yī)療設備、傳感器技術和光電設備也有同樣的需求，這種產品微型化的巨大市場需求趨勢促進了微細加工技術的發(fā)展，而微細加工【技術領域】中的微成形技術以其高精度、低成本、大批量、高效率、無污染、凈成形等優(yōu)點，使得此技術在微細加工技術中脫穎而出。
[0003]但對于超薄板的微成形來說，成形件很容易會出現肉眼所不能見的微小裂紋，這種肉眼所不能見的微小裂紋在產品的使用過程中會因受力、振動、環(huán)境等一系列因素進一步擴展，形成較大的裂縫，將會造成不可預知的經濟損失，而目前超薄板微成形領域中還未提出實用、有效的檢測產品成形質量方法，因此，為了減少損失，需要提出一個合適的檢測方法，通過此方法能夠盡早地識別出超薄板在微成形過程中是否產生了肉眼所不能見的微小裂紋。
[0004]本發(fā)明專利通過AE技術設計出AE信號檢測系統裝置，通過本專利所述的AE信號檢測系統裝置不僅可以有效的檢測出超薄板在微成形過程中是否產生了肉眼所不能見的微小裂紋，而且可以進行實時檢測，避免成形出大量成形件后再對產品進行檢測，造成經濟損失，也減輕了質量檢測的工作強度，同時對于調試模具和合理設定沖壓工藝參數提供判別依據。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是要克服超薄板微成形【技術領域】在對成形件檢測方面存在的不足，提供一種超薄板微成形模具的AE信號檢測系統裝置。
[0006]本發(fā)明所述的AE信號檢測系統裝置包括AE信號傳感器、信號放大器、A/D轉換器、位移傳感器和帶有數據采集卡并安裝有MATLAB軟件的計算機。
[0007]所述的AE信號傳感器安裝在如下位置:在凹模側壁拐角部位和凸模圓角部位布置AE信號傳感器；在壓邊圈表面與短邊平行和長邊平行的對稱軸上并靠近壓邊圈中空部位布置AE信號傳感器。
[0008]所述的在凸模圓角部位布置AE信號傳感器指:在靠近凸模圓角拐角處的凸模表面垂直鉆孔，以能檢測到清晰的AE信號為準，每個拐角附近各鉆一個孔，共鉆四個孔，然后將AE信號傳感器插入孔內，并用耦合劑填補AE信號傳感器和微成形模具安裝孔之間的間隙。
[0009]所述的在凹模側壁拐角部位布置AE信號傳感器指:在靠近凹模側壁拐角部位的凹模上表面垂直鉆孔，以能檢測到清晰的AE信號為準，每個圓角附近各鉆一個孔，共鉆四個孔，然后將AE信號傳感器插入孔內，并用耦合劑填補AE信號傳感器和微成形模具安裝孔之間的間隙。
[0010]所述的在壓邊圈表面與短邊平行和長邊平行的對稱軸上并靠近壓邊圈中空部位布置AE信號傳感器指:在壓邊圈表面與短邊平行的對稱軸上并靠近壓邊圈中空部位垂直鉆孔，同時在壓邊圈表面與長邊平行的對稱軸上并靠近壓邊圈中空部位垂直鉆孔，以能檢測到清晰的AE信號為準，共鉆四個孔，然后將AE信號傳感器插入孔內，并用耦合劑填補AE信號傳感器和微成形模具安裝孔之間的間隙。
[0011]所述耦合劑為硅酸鈉，在本專利中的作用為I)排除AE信號傳感器和微成形模具安裝孔之間的空氣并填補AE信號傳感器和微成形模具安裝孔之間的間隙，保證AE信號傳感器采集到的信號不失真；2)將AE信號傳感器固定和密封在微成形模具安裝孔中，避免AE信號傳感器在微成形模具安裝孔中竄動和摩擦，也避免外界細小雜物進入微成形模具安裝孔中，從而影響AE信號傳感器采集信號；3)耦合劑也具有導電作用，增強對AE信號的傳遞。
[0012]所述的位移傳感器安裝在上模板的中心部位，具體是在上模板中心部位的表面垂直鉆孔，然后將AE信號傳感器插入孔內，布置I個位移傳感器。
[0013]所述AE信號傳感器和位移傳感器的輸出端分別與導線相連，導線另一端與信號放大器輸入端相連，信號放大器輸出端與Α/D轉換器輸入端相連,Α/D轉換器輸出端與數據采集卡輸入端相連，數據采集卡輸出端將數據輸入到計算機中，并由MATLAB軟件進行信號處理。
[0014]所述數據采集卡是用于將接受到的AE信號送到計算機中進行數據的存儲、分析和處理。
[0015]所述MATLAB軟件用于處理AE信號，最終獲得成形件中與所出現的微小裂紋相對應的信號，這是因為AE信號檢測系統裝置采集的信號是由直接放置在被采集物體上AE信號傳感器所采集的，因此AE信號傳感器同時也采集到以脈沖或隨機形式存在的噪聲，嚴重影響信號的質量，所以，濾除信號中存在的噪聲是AE信號檢測系統裝置進行信號處理中一個重要步驟，同時也是檢測成形時是否出現微小裂紋的基礎，本專利通過AE信號傳感器將所采集到的AE信號導入到MATLAB軟件中，采用MATLAB軟件中的中值-小波閾值濾波法對信號進行濾波處理，再通過小波包能量系數提取法提取出拉深成形裂紋AE信號的特征參數；根據所提取的特征參數，最后運用模糊聚類的模式識別法識別出成形件中所出現的微小裂紋信號模式。
[0016]通過本專利所述的AE信號檢測系統裝置可以檢測成形時出現的肉眼所不能見的微小裂紋，并且AE信號檢測系統裝置對超薄板微成形可以進行實時檢測，從而避免成形出大量成形件后再對產品進行檢測，造成經濟損失，也減輕了質量檢測的工作強度。
[0017]另外，AE信號檢測系統裝置還可以通過在零件易被拉裂的特征部位附近都布置AE信號傳感器，當零件被拉裂時，通過測出第一個發(fā)出AE信號的傳感器所放部位，得到起初的微小裂紋是出現在零件的哪個特征部位，從而為調試模具和合理設定沖壓工藝參數提供判別依據，這是由于微成形零件的圓角半徑、側壁拐角等特征部位的幾何形狀在0.01?I毫米之間，進行成形性能實驗將零件拉裂破壞到出現肉眼能看見的裂縫時，起初的微小裂紋早已延伸到零件易被拉裂的其他特征部位，則無法判斷起初的微小裂紋是出現在零件的哪個特征部位，而且微成形模具裝配好后進行模具調試難度較高，也不易設定沖壓工藝參數，因此通過在零件易被拉裂的特征部位附近，即在凹模側壁拐角部位，凸模圓角部位都布置AE信號傳感器，當零件被拉裂時，測出第一個發(fā)出AE信號的傳感器所放部位，從而得到起初的微小裂紋是出現在零件的哪個特征部位，這樣對由于模架裝配精度不高，從而導致上下模閉合造成局部壓邊力過大、模具間隙不均勻、壓力中心與模具中心不重合等問題提供調試依據，以及對合理設定沖壓速度、沖壓力、壓邊力等沖壓工藝參數提供思路，從而縮小查找導致產品出現質量問題的范圍，提高模具調試和制定微成形零件加工工藝的效率。
[0018]若是凸模圓角部位上安裝位置孔I中的AE信號傳感器，第一個發(fā)出AE信號，可以初步判定是由于沖壓工藝參數壓邊力過大造成，孔2、3、4與孔I判別方法類似；若是壓邊圈上安裝位置孔I中的AE信號傳感器，第一個發(fā)出AE信號，可以初步判定是由于上下模閉合后在安裝位置孔I部位的局部壓邊力過大所造成，孔2、3、4與孔I判別方法類似；若是凹模側壁拐角上安裝位置孔I中的AE信號傳感器，第一個發(fā)出AE信號，可以初步判定是由于在安裝位置孔I中的模具間隙過小所造成，孔2、3、4與孔I判別方法類似；然后通過此依據對模具進行裝配調試。
[0019]AE信號檢測系統裝置還可用于精確測量拉深成形件的拉深系數，具體原理是通過與位移傳感器配合，當拉深成形件破裂時將會發(fā)出AE信號，記錄AE信號發(fā)出的時間，而位移傳感器會記錄下每個時間的位移，通過時間為中間物理量，得出AE信號檢測系統裝置發(fā)出AE信號時，模具凹模從接觸板料到板料破裂所下行的位移，通過此位移計算出拉伸后成形件的底部面積，再計算拉伸后和拉伸前底部面積的比值，因此得到精確的拉深系數，從而為制訂合理的壓邊力、拉深次數、拉深速度、潤滑等提供指導作用。
[0020]綜上所述，本發(fā)明專利中的AE信號檢測系統裝置有如下優(yōu)點:1)可以檢測成形時出現的肉眼所不能見的微小裂紋；2)對超薄板微成形可以進行實時檢測，從而避免成形出大量成形件后再對產品進行檢測，造成經濟損失，也減輕了質量檢測的工作強度；3)對調試模具裝配和定制工藝參數提供判別依據；4)可用于精確測量拉深成形件的拉深系數。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1:微成形模具的AE信號檢測系統裝置結構示意圖。
[0022]圖2:AE信號檢測系統裝置工作流程圖。
[0023]圖3:AE信號傳感器在凸模上位置分布圖。
[0024]圖4:AE信號傳感器在凹模上位置分布圖。
[0025]圖5:AE信號傳感器在壓邊圈上位置分布圖。
[0026]圖6:位移傳感器在上模板上位置分布圖。
[0027]圖7:AE信號處理的工作流程圖。
[0028]圖8:AE信號檢測系統裝置確定拉深系數的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0029]下面通過實例并對照附圖，進一步說明本發(fā)明的具體結構及其實施方式。
[0030]如圖1所示，本發(fā)明專利所述的AE信號檢測系統裝置主要由AE信號傳感器、信號放大器、A/D轉換器、數據采集卡、計算機、耦合劑、信號電纜和MATLAB軟件等組成，并與位移傳感器配套使用。
[0031]整個系統工作流程如圖2所示，具體過程如下: AE信號傳感器對模具工作時所發(fā)出的AE信號進行實時檢測，并將AE信號傳送至信號放大器，信號放大器接收到的AE信號放大后傳遞給數據采集卡，數據采集卡將AE信號傳遞給計算機，計算機存儲AE信號同時通過MATLAB軟件對采集到AE信號進行處理，得到成形件中與所出現的微小裂紋相對應的信號，通過此信號來判斷成形件是否出現肉眼所不能發(fā)現的微小裂紋，從而提高成形件的成形質量和加快成形件的質量檢測速度。
[0032]另外，通過在零件易被拉裂的特征部位附近，即在凹模側壁拐角部位，凸模圓角部位，都布置AE信號傳感器，當零件被拉裂時，獲知第一個發(fā)出AE信號的傳感器所放置的部位，從而得到起初的微小裂紋是出現在零件的哪個特征部位，這樣對由于模架裝配精度不高，從而導致上下模閉合造成局部壓邊力過大、模具間隙不均勻、壓力中心與模具中心不重合等問題提供調試依據，以及對合理設定沖壓速度、沖壓力、壓邊力等沖壓工藝參數提供思路，從而縮小查找導致產品出現質量問題的范圍，提高模具調試和制定微成形零件加工工藝的效率。
[0033]AE信號傳感器在凸模上位置分布如圖3所示，共布置4個AE信號傳感器，布置方式是垂直向凸模上表面并靠近拐角處的表面鉆孔，每個拐角附近各鉆一個孔，共鉆四個孔，然后將AE信號傳感器插入孔內，以達到檢測板料的凸模拐角處是否出現微小裂紋的目的。
[0034]AE信號傳感器在凹模上位置分布如圖4所示，共布置4個AE信號傳感器，布置方式是垂直向凹模上表面并靠近圓角處的表面鉆孔，每個圓角附近各鉆一個孔，共鉆四個孔，然后將AE信號傳感器插入孔內，以達到檢測板料的側壁拐角部位是否出現微小裂紋的目的。
[0035]AE信號傳感器在壓邊圈上位置分布如圖5所示，共布置4個AE信號傳感器，布置方式是在垂直壓邊圈表面與短邊平行的對稱軸上并靠近壓邊圈中空部位鉆孔，同時在垂直壓邊圈表面與長邊平行的對稱軸上并靠近壓邊圈中空部位鉆孔，共鉆四個孔，然后將AE信號傳感器插入孔內，以達到檢測板料的凹模圓角半徑處是否出現微小裂紋的目的；將AE信號傳感器布置在壓邊圈上來檢測板料的凹模圓角半徑處是否出現微小裂紋，而不放在凹模的圓角半徑附近，是由于凹模的拐角部位已經放了四個AE信號傳感器，若放在凹模上，AE信號傳感器工作將會發(fā)生干涉，從而影響對接受的AE信號作出正確的判斷。
[0036]位移傳感器在上模板的位置分布如圖6所示，布置I個位移傳感器，布置方式是在上模板的中心部位并垂直上模板表面鉆孔，由于微成形模具很小，在模板的中心部位鉆孔，并在孔中安裝位移傳感器可保證上模板中心和重心重合，從而避免上模板中心和重心的不重合導致壓力中心和模具中心不重合。
[0037]AE信號處理的工作流程如圖7所示，具體過程如下:
AE信號處理的工作在MATLAB軟件中進行，當AE信號傳感器采集到由噪聲、成形件破裂時發(fā)出的聲音、薄板與模具摩擦時發(fā)出的聲音等所構成的錯綜復雜的AE信號，AE信號傳感器將所采集到的AE信號導入到MATLAB軟件中，MATLAB軟件對信號處理通過兩個過程:(I)信號的濾波處理及特征參數提取、(2)成形件所處狀態(tài)的分析識別，在過程(I)中采用中值-小波閾值濾波法對信號進行濾波處理，首先確定濾波的窗口，再選擇小波基、閾值準則和確定分解層數，從而通過小波包能量系數提取法提取出拉深成形裂紋AE信號的特征參數；將所提取的特征參數導入過程(2)中建立出原始矩陣，再運用模糊聚類的模式識別法來建立模糊相似矩陣，然后進行聚類分析，最終識別出成形件中所出現的微小裂紋信號模式。
[0038]通過AE信號檢測系統裝置確定精確的拉深系數的工作流程如圖8所示，具體過程如下:
當拉深成形件破裂時將會發(fā)出AE信號，記錄AE信號發(fā)出的時間，而安裝在模具上模板的位移傳感器會記錄下與上模板同步運行的凹模每個時間的位移，通過時間為中間物理量，得出AE信號檢測系統裝置發(fā)出AE信號時，模具凹模從接觸板料到板料破裂所下行的位移，通過此位移計算出拉伸后成形件的底部面積，再計算拉伸后和拉伸前底部面積的比值，從而得到精確的拉深系數。
[0039]拉深系數的公式:δ =D2ZD1
δ:拉深系數，D2:拉伸后成形件底部面積，D1:拉伸前成形件底部面積。
【權利要求】
1.超薄板微成形模具的AE信號檢測系統裝置，包括AE信號傳感器、信號放大器、A/D轉換器、位移傳感器和帶有數據采集卡并安裝有MATLAB軟件的計算機，所述AE信號傳感器和位移傳感器的輸出端分別與導線相連，導線另一端與信號放大器輸入端相連，信號放大器輸出端與Α/D轉換器輸入端相連，Α/D轉換器輸出端與數據采集卡輸入端相連，數據采集卡輸出端將數據輸入到計算機中，并由MATLAB軟件進行信號處理，其特征在于所述的AE信號傳感器安裝在如下位置:在凹模側壁拐角部位和凸模圓角部位布置AE信號傳感器；在壓邊圈表面與短邊平行和長邊平行的對稱軸上并靠近壓邊圈中空部位布置AE信號傳感器；所述的位移傳感器安裝在上模板的中心部位，具體是在上模板中心部位的表面垂直鉆孔，然后將AE信號傳感器插入孔內，布置I個位移傳感器。
2.如權利要求1所述的超薄板微成形模具的AE信號檢測系統裝置，其特征在于:所述的在凸模圓角部位布置AE信號傳感器指:在靠近凸模圓角拐角處的凸模表面垂直鉆孔，以能檢測到清晰的AE信號為準，每個拐角附近各鉆一個孔，共鉆四個孔，然后將AE信號傳感器插入孔內，并用耦合劑填補AE信號傳感器和微成形模具安裝孔之間的間隙。
3.如權利要求1所述的超薄板微成形模具的AE信號檢測系統裝置，其特征在于:所述的在凹模側壁拐角部位布置AE信號傳感器指:在靠近凹模側壁拐角部位的凹模上表面垂直鉆孔，以能檢測到清晰的AE信號為準，每個圓角附近各鉆一個孔，共鉆四個孔，然后將AE信號傳感器插入孔內，并用耦合劑填補AE信號傳感器和微成形模具安裝孔之間的間隙。
4.如權利要求1所述的超薄板微成形模具的AE信號檢測系統裝置，其特征在于:所述的在壓邊圈表面與短邊平行和長邊平行的對稱軸上并靠近壓邊圈中空部位布置AE信號傳感器指:在壓邊圈表面與短邊平行的對稱軸上并靠近壓邊圈中空部位垂直鉆孔，同時在壓邊圈表面與長邊平行的對稱軸上并靠近壓邊圈中空部位垂直鉆孔，以能檢測到清晰的AE信號為準，共鉆四個孔，然后將AE信號傳感器插入孔內，并用耦合劑填補AE信號傳感器和微成形模具安裝孔之間的間隙。
5.如權利要求2、3或4所述的超薄板微成形模具的AE信號檢測系統裝置，其特征在于:所述耦合劑為硅酸鈉。
6.超薄板微成形模具的AE信號檢測方法，其特征在于:通過在零件易被拉裂的特征部位附近布置AE信號傳感器，當零件被拉裂時，通過測出第一個發(fā)出AE信號的傳感器所放部位，得到起初的微小裂紋是出現在零件的哪個特征部位，從而為調試模具和合理設定沖壓工藝參數提供判別依據。
7.如權利要求6所述的超薄板微成形模具的AE信號檢測方法，其特征在于:若是凸模圓角部位上安裝位置孔I中的AE信號傳感器，第一個發(fā)出AE信號，可以初步判定是由于沖壓工藝參數壓邊力過大造成，孔2、3、4與孔I判別方法類似；若是壓邊圈上安裝位置孔I中的AE信號傳感器，第一個發(fā)出AE信號，可以初步判定是由于上下模閉合后在安裝位置孔I部位的局部壓邊力過大所造成，孔2、3、4與孔I判別方法類似；若是凹模側壁拐角上安裝位置孔I中的AE信號傳感器，第一個發(fā)出AE信號，可以初步判定是由于在安裝位置孔I中的模具間隙過小所造成，孔2、3、4與孔I判別方法類似；然后通過此依據對模具進行裝配調試。
8. 超薄板微成形模具的AE信號檢測方法，其特征在于:通過與位移傳感器配合，當拉深成形件破裂時將會發(fā)出AE信號，記錄AE信號發(fā)出的時間，而位移傳感器會記錄下每個時間的位移，通過時間為中間物理量，得出AE信號檢測系統裝置發(fā)出AE信號時，模具凹模從接觸板料到板料破裂所下行的位移，通過此位移計算出拉伸后成形件的底部面積，再計算拉伸后和拉伸前底部面 積的比值，因此得到精確的拉深系數。
【文檔編號】G01N29/14GK103743821SQ201310707628
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權日:2013年12月20日
【發(fā)明者】陳煒, 曹志福, 張楊, 雷奎, 李志朋, 歐陽康 申請人:江蘇大學