NOMEX蜂窝复合材料超声切割声主轴的监测系统研究

摘要

超声切割声主轴是NOMEX蜂窝复合材料超声切割加工的核心部件，一旦出现故障不仅影响NOMEX蜂窝复合材料的加工质量和加工效率，甚至造成超声切割设备的损坏，带来严重的经济损失。因此，对于NOMEX蜂窝复合材料超声切割声主轴监测系统的研究具有重大意义。
　　NOMEX蜂窝复合材料超声切割声主轴监测系统的研究是保证超声切割设备安全、可靠、高效率运行和高质量加工的有效手段和方法。目前，国内外超声切割设备监测系统的研究点相对分散，没有形成一套完善的超声切割监测系统，尤其是国内对于超声切割设备监测系统的研究还处于劣势。针对于此问题，本文结合某公司在NOMEX蜂窝复合材料超声切割过程中的实际故障问题和超声切割声主轴各关键部件的工作原理，并在现有理论研究的基础上对超声切割声主轴的典型故障形式和故障特征进行了深入的理论分析研究，在此基础上确定了超声切割声主轴的监测系统方案，并完成了一套完善的监测系统样机。
　　监测系统的监测功能有：电参数（发生器输出功率、频率、电压有效值、电流有效值、阻抗角）监测和关键点温度（功率管温度、换能器温度、节点温度）监测。本文通过对各个典型故障参数的监测方法进行理论研究，确定了适合本监测系统的故障监测方法。针对于换能器阻抗角的监测提出了一种改进的正交相关超声换能器阻抗角测量新方法，通过仿真和实验证明了该方法适用于超声频信号的同步和非同步采样，且计算量小，实时性强，测量精度高，尤其是改进后的误差接近0.0551°，特别适合NOMEX蜂窝复合材料超声切割过程中由于频率漂移造成的阻抗角测量精度不高的问题，并为实现动态匹配奠定基础。
　　开发了以ARM Cortex-M3微处理器为核心，传感器、调理电路为外围设备的监测系统，用C语言编制了功率、频率、阻抗角、电压有效值、电流有效值、功率管温度、换能器温度、节点温度的AD采样程序、数据处理程序、报警、继电器控制程序，用7寸LCD液晶屏完成了各监测参数的数据显示、关键参数的实时曲线显示等功能。实验结果表明，该监测系统的采样频率和测量精度满足企业工程要求，能够完成NOMEX蜂窝复合材料超声切割声主轴的在线监测任务。
　　综上所述，本文对NOMEX蜂窝复合材料超声切割声主轴的监测技术进行了系统的研究，在超声切割声主轴典型故障研究、故障监测方法研究、故障测点布局、故障数据处理和监测系统开发等方面取得了一定的成果，解决了故障数据监测分散的问题，同时确保了超声切割过程的可靠性和安全性，提高了加工质量和加工效率，减少维护和使用成本。

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第一章 绪论

1.1 课题来源

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究的目的、意义和技术路线

1.4 论文研究的主要内容

1.5 本章小结

第二章 NOMEX蜂窝复合材料超声切割声主轴的典型故障分析

2.1超声切割声主轴的结构特点

2.2超声切割声主轴的典型故障分析

2.3 故障特征总结

2.4典型故障特征分析的理论基础

2.5 本章小结

第三章 典型故障特征参数的测量方法研究

3.1 温度信号的测量方法

3.2 换能器阻抗角的测量方法

3.3 发生器输出功率的测量方法

3.4 本章小结

第四章 超声切割声主轴监测系统的硬件设计

4.1 系统工作原理

4.2 系统结构框图

4.3 测点的选择

4.4 传感器的选择

4.5 系统硬件模块设计

4.6 本章小结

第五章 超声切割声主轴监测系统的软件设计

5.1 软件运行环境与开发工具

5.2监测系统的软件功能模块图

5.3监测系统的程序设计

5.4软件数据流程图

5.5本章小结

第六章 超声切割声主轴监测系统的测试与误差分析

6.1 传感器标定

6.2 监测系统的功能测试

6.3 监测系统的误差分析

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

附录I

附录II