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高铁动车车轴钢坯超声波探伤系统的研究
| 论文题名： | 高铁动车车轴钢坯超声波探伤系统的研究 |
| 关键词： | 超声波探伤;高铁动车;车轴钢坯;缺陷识别;自动化探伤 |
| 摘要： | 中国是世界上高速铁路发展最快、系统技术最全、集成能力最强、运营里程最长、运营速度最高、在建规模最大的国家。随着轨道车辆行驶速度的快速提高，对零部件加工制造质量要求也越来越高。但是，我国还未能大规模实现车轴的自主生产，其中超声波探伤的自动化程度较低是限制其发展的原因之一。 目前在生产现场，超声波探伤的实施主要有两种方式。其一，采用便携式超声波探伤仪，由工人在材料表面涂耦合剂，手持超声波探头在材料表面移动，同时观察仪器屏幕波形，结合自身经验完成缺陷的判别。这个过程工人劳动强度大，工作环境恶劣，而且探伤结果依赖工人的熟练程度和经验。另一种探伤为采用大型的自动化探伤设备，以一套大型的机构驱动待检材料运动，使探头相对材料旋转或平移，完成对材料表面的扫描。设备的软件能对超声波形进行滤波、分析，有一定的缺陷识别能力。但是这种设备体积庞大，造价高，不适合大范围推广。 针对高速动车车轴钢坯的探伤需求，本文旨在研制以超声波为探伤手段的自动探伤系统，开发探伤系统控制软件，设计缺陷自动判别程序，实现高速动车车轴钢坯探伤的高效化、智能化。通过分析动车车轴钢坯的探伤需求，确定了探伤方案。结合超声波探伤的工艺特点，完成了探伤平台的总体设计，设计了整个移动探伤平台的机械结构，并完成了样机的研制。选用STM32F103ZET6芯片作为下位机控制系统的核心，根据控制系统功能设计了芯片的外围电路，完成了控制系统硬件的搭建。完成了下位机控制系统软件的开发，并设计了下位机与上位机的通讯接口。结合实际探伤工艺，确定了上位机软件的功能需求。实现了对移动探伤平台的各个动作的分步控制和按照用户指定的扫描规律对钢坯进行探伤控制。通过PCI采集卡获取超声波数据，开发的超声波波形处理软件能显示波形的A型图、B型图、C型图。根据缺陷波特征，设计了基于波形特征参数的缺陷波识别方法。结合波幅-距离曲线，能够对缺陷进行定性判定；根据缺陷波幅值与波幅—距离曲线的关系，可以计算出缺陷的当量大小。基于三组标准试块完成了系统功能的验证试验。 本文所设计的超声波探伤系统具有设备小巧、功能全面、自动化程度较高等特点，相比传统自动探伤设备具有成本低、易操作等优势，有望在实际工业应用中减轻劳动强度，降低生产成本。 |
| 作者： | 徐文康 |
| 专业： | 机械制造及其自动化 |
| 导师： | 周亮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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