一種再制造曲軸彎曲疲勞裂紋監(jiān)測方法、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)測方法、 裝置及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 曲軸是發(fā)動機的關(guān)鍵組成元件，其結(jié)構(gòu)復雜、制造成本高，且有較高的附加值，是 汽車零部件再制造的重要對象。傳統(tǒng)的曲軸疲勞強度設計采用無限壽命方法，在設計階段 留下很高的安全裕量（如國內(nèi)曲軸新品通常是1. 8倍安全系數(shù)），使得材料強度有較大的冗 余。這就為曲軸進行再制造創(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"的評價問題。曲軸的失效形式 主要包括疲勞和磨損，對于磨損失效帶來的劃傷、擦傷等破壞，可以經(jīng)過刷鍍、噴涂、激光融 覆等工藝修復。而對因疲勞失效導致的曲軸破壞，尤其是出現(xiàn)疲勞裂紋的失效曲軸的再制 造性評價非常困難，這必須解決的就是曲軸的裂紋究竟如何擴展，擴展到什么程度不再具 有再制造價值，因此，對曲軸疲勞裂紋的動態(tài)擴展特性的研究一直受到國內(nèi)外學者的關(guān)注。
[0004] 目前較多采用有限元技術(shù)研究曲軸裂紋擴展，但該方法評估結(jié)果存在較大的局限 性：首先曲軸裂紋沿三維方向擴展，通過有限元仿真難以準確模擬出其擴展動態(tài)；其次曲 軸實際工況受力復雜，對曲軸模型邊界條件與載荷精確設定較為困難；再者再制造曲軸毛 坯在服役過程中存在不同程度的損傷累積，有限元難以模擬實際損傷情況，造成仿真結(jié)果 有較大程度的偏差。此外，無損檢測技術(shù)能夠真實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，常見的無損檢測技術(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裂紋。掃頻法雖然可以對裂紋的擴展行為進行動態(tài)監(jiān)測，但只對 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)的振動頻率變化很小，甚至無變 化，只有當裂紋擴展到一定程度，導致系統(tǒng)振動模態(tài)發(fā)生改變時才可以檢測到，因此應用掃 頻法也無法監(jiān)測到裂紋萌生階段及早期裂紋擴展階段的失效信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 鑒于上述問題，本發(fā)明提出了一種再制造曲軸彎曲疲勞裂紋監(jiān)測方法、裝置及系 統(tǒng)，實現(xiàn)對曲軸前沿裂紋的萌生擴展信號進行監(jiān)測，以解決現(xiàn)有技術(shù)中裂紋沿深度方向信 號無法實時評估的問題。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種再制造曲軸彎曲疲勞裂紋監(jiān)測方法，該方法 包括：
[0007] 實時獲取待測曲軸的過渡圓角位置的聲發(fā)射信號；
[0008] 對所述聲發(fā)射信號的特征參數(shù)進行參數(shù)分析，根據(jù)參數(shù)分析結(jié)果確定所述待測曲 軸的彎曲疲勞裂紋對應的發(fā)生階段。
[0009] 其中，所述方法還包括：
[0010] 實時獲取待測曲軸的R角表面的圖像數(shù)據(jù)；
[0011] 對所述圖像數(shù)據(jù)進行分析，提取待測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)果進行擬合，根據(jù)得到的擬合曲線， 確定所述待測曲軸的彎曲疲勞裂紋的擴展長度變化趨勢。
[0013] 其中，所述方法還包括：
[0014] 根據(jù)所述圖像數(shù)據(jù)對確定出的所述待測曲軸的彎曲疲勞裂紋對應的發(fā)生階段進 行校驗。
[0015] 其中，所述對所述聲發(fā)射信號的特征參數(shù)進行參數(shù)分析，具體包括：
[0016] 采用小波變換算法將所述聲發(fā)射信號分解為不同頻率段的聲發(fā)射信號；
[0017] 對分解出的不同頻率段的聲發(fā)射信號的特征參數(shù)進行參數(shù)分析。
[0018] 其中，所述根據(jù)參數(shù)分析結(jié)果確定所述待測曲軸的彎曲疲勞裂紋對應的發(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、微裂紋萌生擴展階段、宏觀裂紋擴展階段和失穩(wěn)擴展階段。
[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、微裂紋萌生擴展階段、宏觀裂紋擴展階段和裂紋失穩(wěn)擴展階段，具 體包括：
[0021] 當所述參數(shù)分析結(jié)果為所述聲發(fā)射信號是低頻連續(xù)型聲發(fā)射信號時，確定所述待 測曲軸當前的彎曲疲勞裂紋對應的發(fā)生階段為裂紋萌生早期階段；
[0022] 當所述參數(shù)分析結(jié)果為所述聲發(fā)射信號出現(xiàn)電壓幅值小于預設電壓值的突發(fā)型 聲發(fā)射信號，且聲發(fā)射信號的頻率向高頻區(qū)域轉(zhuǎn)移時，確定所述待測曲軸當前的彎曲疲勞 裂紋對應的發(fā)生階段為微裂紋萌生擴展階段；
[0023] 當所述參數(shù)分析結(jié)果為所述聲發(fā)射信號是電壓幅值大于所述預設電壓值的突發(fā) 型聲發(fā)射信號時，確定所述待測曲軸當前的彎曲疲勞裂紋對應的發(fā)生階段為宏觀裂紋擴展 階段；
[0024] 當所述參數(shù)分析結(jié)果為所述聲發(fā)射信號是以高衰減特性的突發(fā)型信號為主的聲 發(fā)射信號時，確定所述待測曲軸當前的彎曲疲勞裂紋對應的發(fā)生階段為裂紋失穩(wěn)擴展階 段。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種再制造曲軸彎曲疲勞裂紋監(jiān)測裝置，所述 裝置包括：
[0026] 聲發(fā)射信號獲取模塊，用于實時獲取待測曲軸的過渡圓角位置的聲發(fā)射信號；
[0027] 第一數(shù)據(jù)分析模塊，用于對所述聲發(fā)射信號的特征參數(shù)進行參數(shù)分析，根據(jù)參數(shù) 分析結(jié)果確定所述待測曲軸的彎曲疲勞裂紋對應的發(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，用于實時獲取待測曲軸的R角表面的圖像數(shù)據(jù)；
[0030] 第二數(shù)據(jù)分析模塊，用于對所述圖像數(shù)據(jù)進行分析，提取待測曲軸的彎曲疲勞裂 紋主干；
[0031] 預測模塊，用于將所述彎曲疲勞裂紋主干與所述參數(shù)分析結(jié)果進行擬合，根據(jù)得 到的擬合曲線，確定所述待測曲軸的彎曲疲勞裂紋的擴展長度變化趨勢。
[0032] 其中，所述裝置還包括：
[0033] 校驗模塊，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)對所述第一數(shù)據(jù)分析 模塊確定出的所述待測曲軸的彎曲疲勞裂紋對應的發(fā)生階段進行校驗。
[0034] 其中，所述第一數(shù)據(jù)分析模塊，具體包括：
[0035] 聲發(fā)射信號分解單元，用于采用小波變換算法將所述聲發(fā)射信號分解為不同頻率 段的聲發(fā)射信號；
[0036] 參數(shù)分析單元，用于對分解出的不同頻率段的聲發(fā)射信號的特征參數(shù)進行參數(shù)分 析。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提供了一種再制造曲軸彎曲疲勞裂紋監(jiān)測系統(tǒng)，該系 統(tǒng)包括：
[0038] 聲發(fā)射傳感器、機器視覺傳感器以及如上述任一實施例所述的再制造曲軸彎曲疲 勞裂紋監(jiān)測裝置：
[0039] 所述聲發(fā)射傳感器設置在所述曲軸的曲拐的兩個過渡圓角下止點中心位置，用于 采集待測曲軸的過渡圓角位置的聲發(fā)射信號；
[0040] 所述機器視覺傳感器設置在所述曲軸的曲拐的一側(cè)，用于采集待測曲軸的R角表 面的圖像數(shù)據(jù)；
[0041] 所述監(jiān)測裝置，用于獲取待測曲軸的過渡圓角位置的聲發(fā)射信號，并對所述聲發(fā) 射信號的特征參數(shù)進行參數(shù)分析，根據(jù)參數(shù)分析結(jié)果確定所述待測曲軸的彎曲疲勞裂紋對 應的發(fā)生階段；
[0042] 所述監(jiān)測裝置，還用于獲取待測曲軸的R角表面的圖像數(shù)據(jù)，對所述圖像數(shù)據(jù)進 行分析，提取待測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)果進行擬合，根據(jù)得到的擬合曲線，確定所述待測曲軸的彎曲疲勞裂紋的擴展長度變化 趨勢。
[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)測方法、裝置及系統(tǒng)，采用聲發(fā)射傳感 器對曲軸前沿裂紋的萌生擴展信號進行監(jiān)測，實現(xiàn)了對曲軸前沿裂紋的萌生擴展信號的實 時監(jiān)測，解決了現(xiàn)有技術(shù)中裂紋沿深度方向信號無法實時評估的問題，而且通過將聲發(fā)射 與機器視覺傳感器相結(jié)合的方式對曲軸彎曲疲勞失效過程的損傷信號進行同步動態(tài)監(jiān)測， 更精確的得到曲軸疲勞裂紋萌生及擴展過程的失效信息，進而能夠更準確地對曲軸再制造 進行評價。
【附圖說明】
[0045] 通過閱讀下文優(yōu)選實施方式的詳細描述，各種其他的優(yōu)點和益處對于本領(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)選實施方式的目的，而并不認為是對本發(fā)明 的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：
[0046] 圖1為本發(fā)明實施例提出的一種再制造曲軸彎曲疲勞裂紋監(jiān)測方法的流程圖；
[0047] 圖2為本發(fā)明另一實施例提出的一種再制造曲軸彎曲疲勞裂紋監(jiān)測方法的流程 圖；
[0048] 圖3為本發(fā)明實施例中機器視覺傳感器的布置示意圖；
[0049] 圖4為本發(fā)明實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)明實施例中裂紋萌生早期階段聲發(fā)射信號波形的示意圖；
[0051] 圖6為本發(fā)明實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)明實施例中微裂紋萌生擴展階段的聲發(fā)射幅度與能量值的示意圖；
[0053] 圖8為本發(fā)明實施例中微裂紋萌生擴展階段