基於Lamb的可移動式緊固件鬆動損傷在線監測裝置的製作方法

2023-10-08 20:59:14 2

本發明涉及到一種實際工程應用性強的緊固件鬆動損傷在線監測裝置，具體的說是涉及到基於Lamb的可移動式緊固件鬆動損傷在線監測裝置。

背景技術：

飛行器等大型機械設備結構中存在著大量的緊固件，如螺栓、螺釘和鉚釘。實時掌握這些緊固件的健康狀態，對其安全具有非常重要的意義。

傳統的無損檢測主要有射線檢驗、超聲檢測、磁粉檢測和液體滲透檢測四種。但是，大多數無損監測方法需要結構處於某種特定狀態，無法對結構進行實時在線監測，造成監測效率低；結構健康監測的概念最早由美國軍方提出，隨著傳感器技術、結構動力學技術、信號處理和通信技術、優化設計技術和先進材料技術等科學領域的飛速發展，結構健康監測技術受到廣泛關注。隨著飛行器結構朝著複雜化、大型化、智能化方向發展，結構健康監測的內容逐漸豐富起來，如今已在結構損傷監測、損傷成像定位及壽命監測等方面取得了較大發展。結構健康監測的原理是：首先利用集成在結構表面或者內部的驅動/傳感元件組網，實時在線地獲取與結構健康狀態相關的信息；然後再利用特定的信號處理方法和結構力學建模方法，提取與損傷相關的特徵參數，從而達到識別結構的損傷類型和程度；最終實現結構健康的自診斷，達到既能保證結構的安全又能降低維修費用的目的；基於Lamb波的結構健康監測方法主要根據結構中傳播的Lamb波與損傷之間相互作用，通過分析Lamb波中的異常狀態對結構中的損傷進行監測與評估；這種方法對結構中微小的、局部損傷比較敏感；本發明提供一種基於Lamb的可移動式緊固件鬆動損傷在線監測裝置針對飛行器等大型機械設備結構中存在的大量緊固件進行實時、在線、有效的監測，具有結構簡單，操作方便，功能完善，自動化水平高的顯著優點。

技術實現要素：

為了實現上述發明目的，本發明提供一種基於Lamb的可移動式緊固件鬆動損傷在線監測裝置針對飛行器等大型機械設備結構中存在的大量緊固件進行實時、在線、有效的監測，具有結構簡單，操作方便，功能完善，自動化水平高的顯著優點。

本發明所採用的技術方案如下：

基於Lamb的可移動式緊固件鬆動損傷在線監測裝置，包括：移動平臺，升降支撐，驅動系統，在線監測系統，控制系統；所述驅動系統安裝在所述移動平臺的底部，所述控制系統安裝在所述移動平臺的中部，所述升降支撐固定安裝在所述移動平臺上，所述在線監測系統的傳感器安裝在所述升降支撐的頂端，所述在線監測系統置於所述移動平臺上，通過所述控制系統的遙控器實現所述移動平臺的運動，通過所述在線監測系統實現緊固件的在線監測；所述移動平臺採用高強度結構鋼，所述移動平臺上開有長方形凹糟，用來安裝所述升降支撐；所述移動平臺的底部安裝所述驅動系統，所述驅動系統包括：輪邊驅動和麥克納姆輪，所述麥克納姆輪共四套，每兩套為一組與所述輪邊驅動連接，所述驅動系統的每個麥克納姆輪均為獨立懸掛，保證所有所述麥克納姆輪在地面的不平整的情況下都處於著地狀態，確保移動平臺在行走和周轉的高效率和高精度以及平穩性；每組所述驅動系統的麥克納姆輪和輪邊驅動電機，通過矢量合成分別控制，實現360°零轉彎半徑，任意方向行走，通過程序內部控制驅動系統實現二維平面內任意方向的移動功能，包括直行、橫行、斜行、任意曲線移動，適合轉運空間有限、作業通道狹窄的環境，同時實現行走和升降；所述升降支撐採用多層剪刀叉結構連接，通過雙排油缸驅動，油缸的底座和油缸杆的頂端分別與最底層的剪刀叉和中間的剪刀叉連接，當需要將升降支撐進行升高時，伸長油缸杆的伸出長度，縮短最底層兩個剪刀叉的距離，進而實現所述升降支撐的升高；當需要將所述升降支撐進行降低時，縮短油缸杆的伸出長度，伸長最底層兩個剪刀叉的距離，進而實現所述升降支撐的降低，降低到最低高度的所述升降支撐的多層剪刀叉均落到所述移動平臺的凹槽內，節省空間。

進一步地，所述移動平臺整體為方鋼焊接而成，為長方形結構，所述移動平臺的兩端安裝兩端為所述驅動系統，所述移動平臺的中間安裝所述升降支撐；所述移動平臺的四周的側面安裝防撞條，所述防撞條採用高彈性橡膠條，緩衝在運行中遇到障礙物時對整車的衝擊。

進一步地，所述在線監測系統包括：三坐標測量臂、機箱、在線監測系統軟體、傳感器、高性能數據採集卡、任意波形發生器、功率放大器、程控放大器、控制器、顯示屏；所述在線監測系統軟體、所述任意波形發生器、所述控制器及所述高性能數據採集卡置於所述機箱內，所述機箱分別連接所述功率放大器、所述程控放大器、所述顯示屏；所述傳感器安裝在所述三坐標測量臂的頂端，所述傳感器與所述程控放大器連接；通過所述在線監測系統軟體控制所述任意波形發生器生成幅值為4V、中心頻率為50kHz的五波峰正弦調製電壓信號，該電壓信號經過所述功率放大器進行20倍電壓放大，將放大後的電壓信號輸出至所述程控放大器，所述程控放大器對所述傳感器進行激勵從而在緊固件結構中激勵出Lamb波；所述傳感器將激勵出的Lamb波信號發送到所述程控放大器，所述程控放大器對Lamb波信號進行濾波、放大100倍處理；經過所述程控放大器處理後的Lamb波信號輸入至所述高性能數據採集卡，所述高性能數據採集卡的採樣頻率設置為1MS/s，所述高性能數據採集卡將採集到的數據輸入到所述控制器進行相應的存儲和處理，並在所述顯示屏上得到鬆動損傷監測結果；依據上述過程，首先採集緊固件處於緊固狀態時的信號，即健康信號；監測緊固件是否鬆動時，繼續採集緊固件處於鬆動或損傷時刻的信號，即損傷信號，將損傷信號減去健康信號，得到差信號；當緊固件一直處於緊固狀態時，採集到的健康信號和損傷信號在理論上應該完全一樣，此時差信號應該為零；在所述在線監測系統中設置一個閾值，將截斷後的差信號幅值作為判斷緊固件鬆動監測的損傷因子，當損傷因子小於設定的閾值時，表示差信號是由於噪聲幹擾及壓電傳感器差異性造成的，因此判斷緊固件一直處於緊固狀態；當損傷因子大於設定的閾值時，表示差信號是緊固件鬆動原因所造成的，因此判斷緊固件處於鬆動狀態。

進一步地，其特徵在於，所述三坐標測量臂的底座安裝在所述升降支撐的平臺上，所述三坐標測量臂由三個關節組成，第一關節與所述三坐標測量臂的底座連接形成轉動副，第二關節與第一關節連接形成轉動副，第三關節與第二關節連接形成轉動副，所述在線監測系統的傳感器安裝在第三關節的頂端；所述三坐標測量臂與所述升降支撐與所述移動平臺相配合，實現不同位置的緊固件在空間範圍內的實時、在線、有效的監測。

進一步地，所述控制系統包括控制系統軟體、控制系統硬體及遙控器，所述控制系統軟體及所述控制系統硬體置於所述移動平臺的底部，所述控制系統具有CAN通信總線接口，與所述驅動系統的電機的驅動控制器進行數據交換，實現電機的動作控制，所述驅動系統的行走控制器通過無線數據傳輸接收遙控器發出的控制指令，經過控制器的運算，發送給四個電機的驅動控制器，分別驅動四個電機，完成對電機的轉速及方向的控制，從而精確的所述移動平臺的全方位行走控制；通過控制所述遙控器調節所述控制系統控制整個裝置各個部件之間協調運行。

本發明基於Lamb的可移動式緊固件鬆動損傷在線監測裝置的工作方法具體步驟如下：

通過所述控制系統的遙控器調節所述移動平臺的全方位行走，並移動到需要進行監測的緊固件附件，調節油缸杆的伸出長度，實現所述升降支撐升降到合適的監測位置，通過所述三坐標測量臂的空間運動與所述移動平臺相配合，實現不同位置的緊固件在空間範圍內的實時、在線、有效的監測；通過所述在線監測系統的軟體控制所述任意波形發生器生成幅值為4V、中心頻率為50kHz的五波峰正弦調製電壓信號，該電壓信號經過所述功率放大器進行20倍電壓放大，將放大後的電壓信號輸出至所述程控放大器，所述程控放大器對所述傳感器進行激勵從而在緊固件結構中激勵出Lamb波；所述傳感器將激勵出的Lamb波信號發送到所述程控放大器，所述程控放大器對Lamb波信號進行濾波、放大100倍處理；經過所述程控放大器處理後的Lamb波信號輸入至所述高性能數據採集卡，所述高性能數據採集卡的採樣頻率設置為1MS/s，所述高性能數據採集卡將採集到的數據輸入到所述控制器進行相應的存儲和處理，並在所述顯示屏上得到緊固件的鬆動損傷監測結果。

本發明的基於Lamb的可移動式緊固件鬆動損傷在線監測裝置，其有益效果在於：

(1)本發明的基於Lamb的可移動式緊固件鬆動損傷在線監測裝置通過所述升降支撐和所述三坐標測量臂與所述移動平臺相配合，實現不同位置的緊固件在空間範圍內的實時、在線、有效的監測。

(2)本發明的基於Lamb的可移動式緊固件鬆動損傷在線監測裝置具有結構簡單、緊湊，功能完善，操作方便，自動化水平高的顯著優點。

附圖說明

圖1為本發明基於Lamb的可移動式緊固件鬆動損傷在線監測裝置的三維立體圖；

圖2為本發明基於Lamb的可移動式緊固件鬆動損傷在線監測裝置的在線監測系統工作流程圖；

圖中：1-移動平臺，2-升降支撐，3-驅動系統，4-在線監測系統，5-控制系統，41-三坐標測量臂。

具體實施方式

下面結合附圖對發明做進一步的描述。

如圖1、2所示，本發明基於Lamb的可移動式緊固件鬆動損傷在線監測裝置，包括：移動平臺1，升降支撐2，驅動系統3，在線監測系統4，控制系統5；所述驅動系統3安裝在所述移動平臺1的底部，所述控制系統5安裝在所述移動平臺1的中部，所述升降支撐2固定安裝在所述移動平臺1上，所述在線監測系統4的傳感器安裝在所述升降支撐2的頂端，所述在線監測系統4置於所述移動平臺上，通過所述控制系統5的遙控器實現所述移動平臺1的運動，通過所述在線監測系統4實現緊固件的在線監測；所述移動平臺1採用高強度結構鋼，所述移動平臺1上開有長方形凹糟，用來安裝所述升降支撐2；所述移動平臺1的底部安裝所述驅動系統3，所述驅動系統3包括：輪邊驅動和麥克納姆輪，所述麥克納姆輪共四套，每兩套為一組與所述輪邊驅動連接，所述驅動系統3的每個麥克納姆輪均為獨立懸掛，保證所有所述麥克納姆輪在地面的不平整的情況下都處於著地狀態，確保移動平臺1在行走和周轉的高效率和高精度以及平穩性；每組所述驅動系統3的麥克納姆輪和輪邊驅動電機，通過矢量合成分別控制，實現360°零轉彎半徑，任意方向行走，通過程序內部控制驅動系統3實現二維平面內任意方向的移動功能，包括直行、橫行、斜行、任意曲線移動，適合轉運空間有限、作業通道狹窄的環境，同時實現行走和升降；所述升降支撐2採用多層剪刀叉結構連接，通過雙排油缸驅動，油缸的底座和油缸杆的頂端分別與最底層的剪刀叉和中間的剪刀叉連接，當需要將升降支撐2進行升高時，伸長油缸杆的伸出長度，縮短最底層兩個剪刀叉的距離，進而實現所述升降支撐2的升高；當需要將所述升降支撐2進行降低時，縮短油缸杆的伸出長度，伸長最底層兩個剪刀叉的距離，進而實現所述升降支撐2的降低，降低到最低高度的所述升降支撐2的多層剪刀叉均落到所述移動平臺1的凹槽內，節省空間；所述移動平臺1整體為方鋼焊接而成，為長方形結構，所述移動平臺1的兩端安裝兩端為所述驅動系統3，所述移動平臺1的中間安裝所述升降支撐2；所述移動平臺1的四周的側面安裝防撞條，所述防撞條採用高彈性橡膠條，緩衝在運行中遇到障礙物時對整車的衝擊；所述在線監測系統4包括：三坐標測量臂41、機箱、在線監測系統軟體、傳感器、高性能數據採集卡、任意波形發生器、功率放大器、程控放大器、控制器、顯示屏；所述在線監測系統軟體、所述任意波形發生器、所述控制器及所述高性能數據採集卡置於所述機箱內，所述機箱分別連接所述功率放大器、所述程控放大器、所述顯示屏；所述傳感器安裝在所述三坐標測量臂41的頂端，所述傳感器與所述程控放大器連接；通過所述在線監測系統軟體控制所述任意波形發生器生成幅值為4V、中心頻率為50kHz的五波峰正弦調製電壓信號，該電壓信號經過所述功率放大器進行20倍電壓放大，將放大後的電壓信號輸出至所述程控放大器，所述程控放大器對所述傳感器進行激勵從而在緊固件結構中激勵出Lamb波；所述傳感器將激勵出的Lamb波信號發送到所述程控放大器，所述程控放大器對Lamb波信號進行濾波、放大100倍處理；經過所述程控放大器處理後的Lamb波信號輸入至所述高性能數據採集卡，所述高性能數據採集卡的採樣頻率設置為1MS/s，所述高性能數據採集卡將採集到的數據輸入到所述控制器進行相應的存儲和處理，並在所述顯示屏上得到鬆動損傷監測結果；依據上述過程，首先採集緊固件處於緊固狀態時的信號，即健康信號；監測緊固件是否鬆動時，繼續採集緊固件處於鬆動或損傷時刻的信號，即損傷信號，將損傷信號減去健康信號，得到差信號；當緊固件一直處於緊固狀態時，採集到的健康信號和損傷信號在理論上應該完全一樣，此時差信號應該為零；在所述在線監測系統4中設置一個閾值，將截斷後的差信號幅值作為判斷緊固件鬆動監測的損傷因子，當損傷因子小於設定的閾值時，表示差信號是由於噪聲幹擾及壓電傳感器差異性造成的，因此判斷緊固件一直處於緊固狀態；當損傷因子大於設定的閾值時，表示差信號是緊固件鬆動原因所造成的，因此判斷緊固件處於鬆動狀態。

如圖1、2所示，本發明基於Lamb的可移動式緊固件鬆動損傷在線監測裝置的工作方法具體步驟如下：

通過所述控制系統5的遙控器調節所述移動平臺1的全方位行走，並移動到需要進行監測的緊固件附件，調節油缸杆的伸出長度，實現所述升降支撐2升降到合適的監測位置，通過所述三坐標測量臂41的空間運動與所述移動平臺1相配合，實現不同位置的緊固件在空間範圍內的實時、在線、有效的監測；通過所述在線監測系統4的軟體控制所述任意波形發生器生成幅值為4V、中心頻率為50kHz的五波峰正弦調製電壓信號，該電壓信號經過所述功率放大器進行20倍電壓放大，將放大後的電壓信號輸出至所述程控放大器，所述程控放大器對所述傳感器進行激勵從而在緊固件結構中激勵出Lamb波；所述傳感器將激勵出的Lamb波信號發送到所述程控放大器，所述程控放大器對Lamb波信號進行濾波、放大100倍處理；經過所述程控放大器處理後的Lamb波信號輸入至所述高性能數據採集卡，所述高性能數據採集卡的採樣頻率設置為1MS/s，所述高性能數據採集卡將採集到的數據輸入到所述控制器進行相應的存儲和處理，並在所述顯示屏上得到緊固件的鬆動損傷監測結果。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。