CN105181807A - 一种再制造涂层疲劳检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及再制造涂层疲劳监测技术领域，公开了一种再制造涂层疲劳检测装置，将声发射传感器设置在涂层滚动接触疲劳检测装置的主轴上，涂层内部的裂纹萌生及扩展过程都会出现不同特征参数，声发射传感器能够监测到涂层内部裂纹的萌生及扩展过程，通过获取涂层在裂纹群体失稳扩展时的特征参数，将该特征参数与预设的阈值进行比较，若该特征参数大于预设的阈值，则判断所述涂层滚动接触疲劳检测装置所处的涂层失效，并发出警报信号，从而对涂层的失效进行提前预警，大大地提高了涂层寿命的预测精度。本发明还公开了一种再制造涂层疲劳检测方法。

Description

一种再制造涂层疲劳检测装置及方法

技术领域

本发明涉及再制造涂层疲劳监测技术领域，特别是涉及再制造涂层疲劳检测装置及方法。

背景技术

对废旧产品进行再制造之前，需要选择合适的再制造涂层，同时需要对涂层的制备参数进行优化，为了初步考核涂层的服役寿命，需要采用标准件进行滚动接触疲劳试验，预测涂层的寿命范围。再制造涂层滚动接触疲劳试验是获取涂层服役寿命，评价安全服役安全的重要手段，试验机通常采用涂层滚动接触疲劳检测装置。

现有技术中，再制造涂层失效的监测手段主要是依靠震动传感器进行。将震动传感器贴于涂层滚动接触疲劳检测装置的主轴上，根据主轴在转动过程中的微观震动情况来确定涂层的状态。涂层表面状态较好时，试样的接触区域会随着主轴的转动而产生均匀的弹塑性变形，震动传感器会获取到一系列平稳的信号。随着服役时间的增加，试样表面的涂层会由于磨损、点蚀、剥落及分层，产生不同程度的失效，从而引起接触位置不均匀的弹塑性变形引起异常的震动。这样的震动过程会产生不同于涂层稳定服役时的震动信号。当震动信号超过一定的幅值时，便可以判定涂层失效。

根据震动传感器的原理可知，只有在涂层表面形貌发生严重变化，影响接触区域的大幅度震荡时，才会发出停机判定，而此时涂层已严重失效，所得寿命结果偏大，从而使得涂层寿命的预测精度较低。

因此，如何精确获取再制造涂层预测服役寿命，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

另一方面，现有的涂层疲劳试验环境极其恶劣(耗时长、噪音大、空气差等)，而试验过程中，为了能够及时停机以及处理随时可能出现的突发情况，需要一直守候在试验机周围，这无疑会对科研工作者的身心造成巨大伤害。如果能够设计一种远程监测综合系统，既可以提取试验过程中的声发射信号，又可以将其传输至另一个环境较好的场所并进行及时处理，同时还能够实现对远程操作的各类响应，包括停止试验机、改变试验力、试验转速及滑差率等，那么，涂层滚动接触疲劳试验工况可以得到极大的改善，同时又可以避免由于试验机周围没有操作人员而带来的意外情况。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种再制造涂层疲劳检测装置，能够监测到涂层内部裂纹的萌生及扩展过程，获取涂层在裂纹群体失稳扩展时的特征参数，从而对涂层的失效进行提前预警，提高涂层寿命的预测精度。本发明的第二个目的是提供一种再制造涂层疲劳检测的方法。

为了实现上述第一个目的，本发明提供了一种再制造涂层疲劳检测装置，包括：

声发射传感器，设置在涂层滚动接触疲劳检测装置的主轴上；

控制器，用于在所述涂层滚动接触疲劳装置工作过程中，检测所述声发射传感器发出的声发射信号的特征参数；若所述声发射信号的特征参数大于预设阈值，则判断所述涂层滚动接触疲劳检测装置所处的涂层失效，并发出警报信号。

优选的，所述声发射信号的特征参数为振动信号的幅值或者振动信号在预定持续时间段内的幅值。

优选的，还包括信号放大器，用于对所述声发射传感器发出的声发射信号进行放大，并将所述声发射信号进行模数转换；所述信号放大器的信号接入端连接所述声发射传感器的发射端，信号放大器的信号输出端连接所述控制器的声发射信号的接收端。

优选的，所述声发射传感器的发射探头安装在所述主轴上距离轴心的预设位置。

优选的，所述发射探头的表面涂抹有声耦合剂。

优选的，还包括存储装置，用于存储所述声发射传感器发出的声发射信号。

本发明提供的再制造涂层疲劳检测装置，将声发射传感器设置在涂层滚动接触疲劳检测装置的主轴上，涂层内部的裂纹萌生及扩展过程都会出现不同特征参数，声发射传感器能够监测到涂层内部裂纹的萌生及扩展过程，通过获取涂层在裂纹群体失稳扩展时的特征参数，将该特征参数与预设的阈值进行比较，若该特征参数大于预设的阈值，则判断所述涂层滚动接触疲劳检测装置所处的涂层失效，并发出警报信号，从而对涂层的失效进行提前预警，大大地提高了涂层寿命的预测精度。

优选的方案中，还包括远程控制器，该远程控制器包括第二无线模块；所述控制器包括第一无线模块；所述控制器接收到的声发射信号经过所述第一无线模块发送至所述第二无线模块，所述远程控制器通过所述第二无线模块接收所述声发射信号后，根据所述声发射信号的强度判断所述涂层滚动接触疲劳检测装置所处涂层的疲劳状态，并通过所述第二无线模块向第三无线模块发送控制命令，所述第三无线模块将所接收到的控制命令发送至所述涂层滚动接触疲劳检测装置。

远程控制器与声发射传感器、控制器及涂层滚动接触疲劳检测装置形成远程监测控制系统，控制器与远程控制器之间、远程控制器与涂层滚动接触疲劳检测装置之间均通过无线传输声发射信号或者控制命令，可以现场提取试验过程中的声发射信号，又可以将其传输至另一个环境较好的场所并进行及时处理，同时还能够实现对涂层滚动接触疲劳检测装置远程操作的各类响应，包括停止试验机、改变试验力、试验转速及滑差率等，从而使得涂层滚动接触疲劳试验工况可以得到极大的改善，同时又可以避免由于试验机周围没有操作人员而带来的意外情况。

优选的，所述警报信号经过所述第一无线模块发送至所述第二无线模块。

优选的，所述第一无线模块、第二无线模块、第三无线模块均为Wi-Fi模块，所述第二无线模块配置为AP模式，所述第一无线模块和第三无线模块配置为STA模式。

为了实现上述第二个目的，本发明提供了一种再制造涂层疲劳检测方法，在涂层滚动接触疲劳检测装置的主轴上设置声发射传感器，该方法包括：

在所述涂层滚动接触疲劳装置工作过程中，检测所述声发射传感器发出的声发射信号的特征参数；

若所述声发射信号的特征参数大于预设阈值，则判断所述涂层滚动接触疲劳检测装置所处的涂层失效，并发出警报信号。

优选的，所述声发射信号的特征参数为振动信号的幅值或者振动信号在预定持续时间段内的幅值。

由于该再制造涂层疲劳检测方法与上述的再制造涂层疲劳检测装置具有相同的发明构思，该再制造涂层疲劳检测方法也具有上述技术效果，在此不再详细赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供一种再制造涂层疲劳检测装置的原理示意图；

图2是本发明提供一种再制造涂层疲劳检测方法的流程图。

具体实施方式

为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的等离子体加工设备进行详细描述。

请参考图1，图1是本发明提供一种再制造涂层疲劳检测装置的原理示意图。

如图1所示，本发明提供的再制造涂层疲劳检测装置，包括声发射传感器、控制器。其中，声发射传感器，设置在涂层滚动接触疲劳检测装置的主轴上，声发射传感器用于检测涂层滚动疲劳检测装置在实验涂层时主轴产生的振动强度。

一种具体的实施方式中，声发射传感器的发射探头安装在所述主轴上距离轴心的预设位置，可以采用相应结构的夹具将发射探头固定在所述主轴上。发射探头距离主轴轴心的距离非常重要，距离过近时，由于主轴的震动，会产生许多噪音信号，同时不利于声发射探头的持久固定；距离过远时，会使得采集到的声发射信号能量过低，体现不出裂纹的信号特征。

优选的方案中，所述发射探头的表面涂抹有声耦合剂。在发射探头的表面涂抹声耦合剂，具有以下优点：一是避免发射探头与主轴之间刚性接触对陶瓷基探头所带来的损伤，同时可以减小由于二者之间的摩擦所造成误差；二是填补发射探头与主轴接触位置的微观空隙，将接触位置的空气挤出，减小声阻；三是降低声阻差，陶瓷基的声发射探头与金属基的主轴之间的声阻相差较大，通过中间层声耦合剂可以起到过度的作用。

控制器，用于在所述涂层滚动接触疲劳装置工作过程中，检测所述声发射传感器发出的声发射信号的特征参数；若所述声发射信号的特征参数大于预设阈值，则判断所述涂层滚动接触疲劳检测装置所处的涂层失效，并发出警报信号。

具体的方案中，控制器可以为安装有声发射信号处理软件的电脑。电脑声发射信号处理软件，首先根据金属裂纹声发射信号的频率特点，设置采样频率和相应的门槛值，例如可以设置采样频率为3MHz，门槛值为30mV，存储类型为连续存储，采用硬件滤波方式进行初步滤波处理，滤波器频率为100～400KHz。在整个滚动接触试验过程中，声发射信号所采集的数据都保存在该电脑的硬盘上，由于声发射信号采集频率较高，电脑的硬盘可以配置较大的内存，例如电脑硬盘可以配置为2TB。将声发射信号的原始数据保存在本地硬盘上，为后续分析涂层的失效进程，判定不同阶段时涂层内部的裂纹萌生及扩展状态奠定基础。

由于声发射处理技术中的特征参数较多，包括幅值、振铃计数等。由于幅值是应用最简便，效率最高的参数，因此，优选的方案，采用振动信号的幅值作为特征参数，或者振动信号在预定持续时间段内的幅值，例如可以设置幅值超过980mV或连续5s以上时间超过700mV。

优选的，还包括信号放大器，用于对所述声发射传感器发出的声发射信号进行放大，并将所述声发射信号进行模数转换；所述信号放大器的信号接入端连接所述声发射传感器的发射端，信号放大器的信号输出端连接所述控制器的声发射信号的接收端。

本发明提供的再制造涂层疲劳检测装置，将声发射传感器设置在涂层滚动接触疲劳检测装置的主轴上，涂层内部的裂纹萌生及扩展过程都会出现不同特征参数，声发射传感器能够监测到涂层内部裂纹的萌生及扩展过程，通过获取涂层在裂纹群体失稳扩展时的特征参数，将该特征参数与预设的阈值进行比较，若该特征参数大于预设的阈值，则判断所述涂层滚动接触疲劳检测装置所处的涂层失效，并发出警报信号，从而对涂层的失效进行提前预警，大大地提高了涂层寿命的预测精度。

优选的方案中，还包括远程控制器，该远程控制器包括第二无线模块；所述控制器包括第一无线模块；所述控制器接收到的声发射信号经过所述第一无线模块发送至所述第二无线模块，所述远程控制器通过所述第二无线模块接收所述声发射信号后，根据所述声发射信号的强度判断所述涂层滚动接触疲劳检测装置所处涂层的疲劳状态，并通过所述第二无线模块向第三无线模块发送控制命令，所述第三无线模块将所接收到的控制命令发送至所述涂层滚动接触疲劳检测装置。

远程控制器与声发射传感器、控制器及涂层滚动接触疲劳检测装置形成远程监测控制系统，控制器与远程控制器之间、远程控制器与涂层滚动接触疲劳检测装置之间均通过无线传输声发射信号或者控制命令，可以现场提取试验过程中的声发射信号，又可以将其传输至另一个环境较好的场所并进行及时处理，同时还能够实现对涂层滚动接触疲劳检测装置远程操作的各类响应，包括停止试验机、改变试验力、试验转速及滑差率等，从而使得涂层滚动接触疲劳试验工况可以得到极大的改善，同时又可以避免由于试验机周围没有操作人员而带来的意外情况。

具体的方案中，远程控制器可以采用设置实验环境以为的异地电脑，异地电脑里安装有声发射信号读取软件，例如基于图形化源代码(G代码)的声发射信号LabVIEW读取软件。

优选的，所述警报信号经过所述第一无线模块发送至所述第二无线模块，例如可以设置信号的报警阈值为550mV，即高于550mV的信号会通过通过第一无线模块模块发送到第二无线模块，警报信号通过第二无线模块传入，随后转存入异地电脑，以供异地电脑的声发射分析软件使用；当异地电脑发出对试验机的操作指令之后，指令通过第二无线模块传入第三无线模块，实现对试验机的远程操控。

优选的，所述第一无线模块、第二无线模块、第三无线模块均包含一个Wi-Fi模块，所述第二无线模块配置为AP模式，所述第一无线模块和第三无线模块配置为STA模式。

更优的方案中，为了更好的将声发射信号，警报信号或者操作指令等在第一无线模块、第二无线模块与第三无线模块之间更好的传输，所述第一无线模块、第二无线模块、第三无线模块均配置一个单片机。

本发明的第二个实施例提供了一种再制造涂层疲劳检测方法。

请参看图2，图2是本发明提供一种再制造涂层疲劳检测方法的流程图。

如图2所示，本发明提供的再制造涂层疲劳检测方法，在涂层滚动接触疲劳检测装置的主轴上设置声发射传感器，该方法包括：

步骤S1，在所述涂层滚动接触疲劳装置工作过程中，检测所述声发射传感器发出的声发射信号的特征参数；

步骤S2，判断所述声发射信号的特征参数是否大于预设阈值；

步骤S3，判断所述涂层滚动接触疲劳检测装置所处的涂层失效，并发出警报信号。

优选的，所述声发射信号的特征参数为振动信号的幅值或者振动信号在预定持续时间段内的幅值。

由于该再制造涂层疲劳检测方法与上述的再制造涂层疲劳检测装置具有相同的发明构思，该再制造涂层疲劳检测方法也具有上述技术效果，在此不再详细赘述。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种再制造涂层疲劳检测装置，其特征在于，包括：

声发射传感器，设置在涂层滚动接触疲劳检测装置的主轴上；

控制器，用于在所述涂层滚动接触疲劳装置工作过程中，检测所述声发射传感器发出的声发射信号的特征参数；若所述声发射信号的特征参数大于预设阈值，则判断所述涂层滚动接触疲劳检测装置所处的涂层失效，并发出警报信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述声发射信号的特征参数为振动信号的幅值或者振动信号在预定持续时间段内的幅值。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括信号放大器，用于对所述声发射传感器发出的声发射信号进行放大，并将所述声发射信号进行模数转换；所述信号放大器的信号接入端连接所述声发射传感器的发射端，信号放大器的信号输出端连接所述控制器的声发射信号的接收端。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述声发射传感器的发射探头安装在所述主轴上距离轴心的预设位置。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述发射探头的表面涂抹有声耦合剂。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括存储装置，用于存储所述声发射传感器发出的声发射信号。

7.根据权利要求1-6任一项所述的装置，其特征在于，还包括远程控制器，该远程控制器包括第二无线模块；所述控制器包括第一无线模块；所述控制器接收到的声发射信号经过所述第一无线模块发送至所述第二无线模块，所述远程控制器通过所述第二无线模块接收所述声发射信号后，根据所述声发射信号的强度判断所述涂层滚动接触疲劳检测装置所处涂层的疲劳状态，并通过所述第二无线模块向第三无线模块发送控制命令，所述第三无线模块将所接收到的控制命令发送至所述涂层滚动接触疲劳检测装置。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述警报信号经过所述第一无线模块发送至所述第二无线模块。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一无线模块、第二无线模块、第三无线模块均为Wi-Fi模块，所述第二无线模块配置为AP模式，所述第一无线模块和第三无线模块配置为STA模式。

10.一种再制造涂层疲劳检测方法，其特征在于，在涂层滚动接触疲劳检测装置的主轴上设置声发射传感器，该方法包括：

在所述涂层滚动接触疲劳装置工作过程中，检测所述声发射传感器发出的声发射信号的特征参数；

若所述声发射信号的特征参数大于预设阈值，则判断所述涂层滚动接触疲劳检测装置所处的涂层失效，并发出警报信号。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述声发射信号的特征参数为振动信号的幅值或者振动信号在预定持续时间段内的幅值。