一種再制造曲軸彎曲疲勞裂紋監(jiān)測(cè)方法、裝置及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及再制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種再制造曲軸彎曲疲勞裂紋監(jiān)測(cè)方法、 裝置及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵組成元件，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高，且有較高的附加值，是 汽車(chē)零部件再制造的重要對(duì)象。傳統(tǒng)的曲軸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)采用無(wú)限壽命方法，在設(shè)計(jì)階段 留下很高的安全裕量（如國(guó)內(nèi)曲軸新品通常是1. 8倍安全系數(shù)），使得材料強(qiáng)度有較大的冗 余。這就為曲軸進(jìn)行再制造創(chuàng)造了條件。
[0003] 再制造工程首先要回答廢舊零部件"能否再制造"的評(píng)價(jià)問(wèn)題。曲軸的失效形式 主要包括疲勞和磨損，對(duì)于磨損失效帶來(lái)的劃傷、擦傷等破壞，可以經(jīng)過(guò)刷鍍、噴涂、激光融 覆等工藝修復(fù)。而對(duì)因疲勞失效導(dǎo)致的曲軸破壞，尤其是出現(xiàn)疲勞裂紋的失效曲軸的再制 造性評(píng)價(jià)非常困難，這必須解決的就是曲軸的裂紋究竟如何擴(kuò)展，擴(kuò)展到什么程度不再具 有再制造價(jià)值，因此，對(duì)曲軸疲勞裂紋的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展特性的研究一直受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。
[0004] 目前較多采用有限元技術(shù)研究曲軸裂紋擴(kuò)展，但該方法評(píng)估結(jié)果存在較大的局限 性：首先曲軸裂紋沿三維方向擴(kuò)展，通過(guò)有限元仿真難以準(zhǔn)確模擬出其擴(kuò)展動(dòng)態(tài)；其次曲 軸實(shí)際工況受力復(fù)雜，對(duì)曲軸模型邊界條件與載荷精確設(shè)定較為困難；再者再制造曲軸毛 坯在服役過(guò)程中存在不同程度的損傷累積，有限元難以模擬實(shí)際損傷情況，造成仿真結(jié)果 有較大程度的偏差。此外，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)能夠真實(shí)反映曲軸疲勞裂紋的位置和大小，也是曲 軸質(zhì)量控制的重要手段。但是，常見(jiàn)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，如磁粉探傷及著色滲透法只能靜態(tài) 的判斷表面及近表面有無(wú)裂紋。掃頻法雖然可以對(duì)裂紋的擴(kuò)展行為進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，但只對(duì) 接近斷裂失效的大尺度裂紋有效，在裂紋萌生早期，其系統(tǒng)的振動(dòng)頻率變化很小，甚至無(wú)變 化，只有當(dāng)裂紋擴(kuò)展到一定程度，導(dǎo)致系統(tǒng)振動(dòng)模態(tài)發(fā)生改變時(shí)才可以檢測(cè)到，因此應(yīng)用掃 頻法也無(wú)法監(jiān)測(cè)到裂紋萌生階段及早期裂紋擴(kuò)展階段的失效信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種再制造曲軸彎曲疲勞裂紋監(jiān)測(cè)方法、裝置及系 統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)曲軸前沿裂紋的萌生擴(kuò)展信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中裂紋沿深度方向信 號(hào)無(wú)法實(shí)時(shí)評(píng)估的問(wèn)題。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種再制造曲軸彎曲疲勞裂紋監(jiān)測(cè)方法，該方法 包括：
[0007] 實(shí)時(shí)獲取待測(cè)曲軸的過(guò)渡圓角位置的聲發(fā)射信號(hào)；
[0008] 對(duì)所述聲發(fā)射信號(hào)的特征參數(shù)進(jìn)行參數(shù)分析，根據(jù)參數(shù)分析結(jié)果確定所述待測(cè)曲 軸的彎曲疲勞裂紋對(duì)應(yīng)的發(fā)生階段。
[0009] 其中，所述方法還包括：
[0010] 實(shí)時(shí)獲取待測(cè)曲軸的R角表面的圖像數(shù)據(jù)；
[0011] 對(duì)所述圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取待測(cè)曲軸的彎曲疲勞裂紋主干；
[0012] 將所述彎曲疲勞裂紋主干與所述參數(shù)分析結(jié)果進(jìn)行擬合，根據(jù)得到的擬合曲線， 確定所述待測(cè)曲軸的彎曲疲勞裂紋的擴(kuò)展長(zhǎng)度變化趨勢(shì)。
[0013] 其中，所述方法還包括：
[0014] 根據(jù)所述圖像數(shù)據(jù)對(duì)確定出的所述待測(cè)曲軸的彎曲疲勞裂紋對(duì)應(yīng)的發(fā)生階段進(jìn) 行校驗(yàn)。
[0015] 其中，所述對(duì)所述聲發(fā)射信號(hào)的特征參數(shù)進(jìn)行參數(shù)分析，具體包括：
[0016] 采用小波變換算法將所述聲發(fā)射信號(hào)分解為不同頻率段的聲發(fā)射信號(hào)；
[0017] 對(duì)分解出的不同頻率段的聲發(fā)射信號(hào)的特征參數(shù)進(jìn)行參數(shù)分析。
[0018] 其中，所述根據(jù)參數(shù)分析結(jié)果確定所述待測(cè)曲軸的彎曲疲勞裂紋對(duì)應(yīng)的發(fā)生階 段，具體為：
[0019] 根據(jù)所述參數(shù)分析結(jié)果將所述待測(cè)曲軸的彎曲疲勞裂紋的發(fā)生階段劃分為裂紋 萌生早期階段、微裂紋萌生擴(kuò)展階段、宏觀裂紋擴(kuò)展階段和失穩(wěn)擴(kuò)展階段。
[0020] 其中，所述根據(jù)所述參數(shù)分析結(jié)果將所述待測(cè)曲軸的彎曲疲勞裂紋的發(fā)生階段劃 分為裂紋萌生早期階段、微裂紋萌生擴(kuò)展階段、宏觀裂紋擴(kuò)展階段和裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展階段，具 體包括：
[0021] 當(dāng)所述參數(shù)分析結(jié)果為所述聲發(fā)射信號(hào)是低頻連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)時(shí)，確定所述待 測(cè)曲軸當(dāng)前的彎曲疲勞裂紋對(duì)應(yīng)的發(fā)生階段為裂紋萌生早期階段；
[0022] 當(dāng)所述參數(shù)分析結(jié)果為所述聲發(fā)射信號(hào)出現(xiàn)電壓幅值小于預(yù)設(shè)電壓值的突發(fā)型 聲發(fā)射信號(hào)，且聲發(fā)射信號(hào)的頻率向高頻區(qū)域轉(zhuǎn)移時(shí)，確定所述待測(cè)曲軸當(dāng)前的彎曲疲勞 裂紋對(duì)應(yīng)的發(fā)生階段為微裂紋萌生擴(kuò)展階段；
[0023] 當(dāng)所述參數(shù)分析結(jié)果為所述聲發(fā)射信號(hào)是電壓幅值大于所述預(yù)設(shè)電壓值的突發(fā) 型聲發(fā)射信號(hào)時(shí)，確定所述待測(cè)曲軸當(dāng)前的彎曲疲勞裂紋對(duì)應(yīng)的發(fā)生階段為宏觀裂紋擴(kuò)展 階段；
[0024] 當(dāng)所述參數(shù)分析結(jié)果為所述聲發(fā)射信號(hào)是以高衰減特性的突發(fā)型信號(hào)為主的聲 發(fā)射信號(hào)時(shí)，確定所述待測(cè)曲軸當(dāng)前的彎曲疲勞裂紋對(duì)應(yīng)的發(fā)生階段為裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展階 段。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種再制造曲軸彎曲疲勞裂紋監(jiān)測(cè)裝置，所述 裝置包括：
[0026] 聲發(fā)射信號(hào)獲取模塊，用于實(shí)時(shí)獲取待測(cè)曲軸的過(guò)渡圓角位置的聲發(fā)射信號(hào)；
[0027] 第一數(shù)據(jù)分析模塊，用于對(duì)所述聲發(fā)射信號(hào)的特征參數(shù)進(jìn)行參數(shù)分析，根據(jù)參數(shù) 分析結(jié)果確定所述待測(cè)曲軸的彎曲疲勞裂紋對(duì)應(yīng)的發(fā)生階段。
[0028] 其中，所述裝置還包括：
[0029] 圖像數(shù)據(jù)獲取模塊，用于實(shí)時(shí)獲取待測(cè)曲軸的R角表面的圖像數(shù)據(jù)；
[0030] 第二數(shù)據(jù)分析模塊，用于對(duì)所述圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取待測(cè)曲軸的彎曲疲勞裂 紋主干；
[0031] 預(yù)測(cè)模塊，用于將所述彎曲疲勞裂紋主干與所述參數(shù)分析結(jié)果進(jìn)行擬合，根據(jù)得 到的擬合曲線，確定所述待測(cè)曲軸的彎曲疲勞裂紋的擴(kuò)展長(zhǎng)度變化趨勢(shì)。
[0032] 其中，所述裝置還包括：
[0033] 校驗(yàn)?zāi)K，用于根據(jù)所述圖像數(shù)據(jù)獲取模塊獲取的圖像數(shù)據(jù)對(duì)所述第一數(shù)據(jù)分析 模塊確定出的所述待測(cè)曲軸的彎曲疲勞裂紋對(duì)應(yīng)的發(fā)生階段進(jìn)行校驗(yàn)。
[0034] 其中，所述第一數(shù)據(jù)分析模塊，具體包括：
[0035] 聲發(fā)射信號(hào)分解單元，用于采用小波變換算法將所述聲發(fā)射信號(hào)分解為不同頻率 段的聲發(fā)射信號(hào)；
[0036] 參數(shù)分析單元，用于對(duì)分解出的不同頻率段的聲發(fā)射信號(hào)的特征參數(shù)進(jìn)行參數(shù)分 析。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供了一種再制造曲軸彎曲疲勞裂紋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系 統(tǒng)包括：
[0038] 聲發(fā)射傳感器、機(jī)器視覺(jué)傳感器以及如上述任一實(shí)施例所述的再制造曲軸彎曲疲 勞裂紋監(jiān)測(cè)裝置：
[0039] 所述聲發(fā)射傳感器設(shè)置在所述曲軸的曲拐的兩個(gè)過(guò)渡圓角下止點(diǎn)中心位置，用于 采集待測(cè)曲軸的過(guò)渡圓角位置的聲發(fā)射信號(hào)；
[0040] 所述機(jī)器視覺(jué)傳感器設(shè)置在所述曲軸的曲拐的一側(cè)，用于采集待測(cè)曲軸的R角表 面的圖像數(shù)據(jù)；
[0041] 所述監(jiān)測(cè)裝置，用于獲取待測(cè)曲軸的過(guò)渡圓角位置的聲發(fā)射信號(hào)，并對(duì)所述聲發(fā) 射信號(hào)的特征參數(shù)進(jìn)行參數(shù)分析，根據(jù)參數(shù)分析結(jié)果確定所述待測(cè)曲軸的彎曲疲勞裂紋對(duì) 應(yīng)的發(fā)生階段；
[0042] 所述監(jiān)測(cè)裝置，還用于獲取待測(cè)曲軸的R角表面的圖像數(shù)據(jù)，對(duì)所述圖像數(shù)據(jù)進(jìn) 行分析，提取待測(cè)曲軸的彎曲疲勞裂紋主干，并將所述彎曲疲勞裂紋主干與所述參數(shù)分析 結(jié)果進(jìn)行擬合，根據(jù)得到的擬合曲線，確定所述待測(cè)曲軸的彎曲疲勞裂紋的擴(kuò)展長(zhǎng)度變化 趨勢(shì)。
[0043] 本發(fā)明的有益效果為：
[0044] 本發(fā)明提供的再制造曲軸彎曲疲勞裂紋監(jiān)測(cè)方法、裝置及系統(tǒng)，采用聲發(fā)射傳感 器對(duì)曲軸前沿裂紋的萌生擴(kuò)展信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)曲軸前沿裂紋的萌生擴(kuò)展信號(hào)的實(shí) 時(shí)監(jiān)測(cè)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中裂紋沿深度方向信號(hào)無(wú)法實(shí)時(shí)評(píng)估的問(wèn)題，而且通過(guò)將聲發(fā)射 與機(jī)器視覺(jué)傳感器相結(jié)合的方式對(duì)曲軸彎曲疲勞失效過(guò)程的損傷信號(hào)進(jìn)行同步動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)， 更精確的得到曲軸疲勞裂紋萌生及擴(kuò)展過(guò)程的失效信息，進(jìn)而能夠更準(zhǔn)確地對(duì)曲軸再制造 進(jìn)行評(píng)價(jià)。
【附圖說(shuō)明】
[0045] 通過(guò)閱讀下文優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點(diǎn)和益處對(duì)于本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明 的限制。而且在整個(gè)附圖中，用相同的參考符號(hào)表示相同的部件。在附圖中：
[0046] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提出的一種再制造曲軸彎曲疲勞裂紋監(jiān)測(cè)方法的流程圖；
[0047] 圖2為本發(fā)明另一實(shí)施例提出的一種再制造曲軸彎曲疲勞裂紋監(jiān)測(cè)方法的流程 圖；
[0048] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中機(jī)器視覺(jué)傳感器的布置示意圖；
[0049] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例中曲軸裂紋萌生早期階段的聲發(fā)射幅度與能量值的示意圖；
[0050] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例中裂紋萌生早期階段聲發(fā)射信號(hào)波形的示意圖；
[0051] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例中裂紋萌生早期階段波形小波分解圖；
[0052] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例中微裂紋萌生擴(kuò)展階段的聲發(fā)射幅度與能量值的示意圖；
[0053] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例中微裂紋萌生擴(kuò)展階段