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基本信息
- 項目名稱：
- 基于音頻法的磁性工件暗開檢測儀
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 裂紋是磁性工件中常見的一種缺陷，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。對于肉眼無法識別的內(nèi)部裂紋（暗開），實際生產(chǎn)中常采用人工敲擊工件，根據(jù)聲音來識別內(nèi)部缺陷的檢測方法，存在勞動強度大、干擾因素多及誤檢和漏檢高等特點。本儀器采用音頻處理技術(shù)，通過自屏蔽式激振拾音一體裝置實現(xiàn)了環(huán)境噪聲的高效屏蔽，基于二次預(yù)測的目標(biāo)片段提取技術(shù)實現(xiàn)了有效聲音片段的精確提取。該儀器實現(xiàn)了磁性工件暗開的準(zhǔn)在線檢測，填補了國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)空白。
- 詳細(xì)介紹：
- 磁性工件內(nèi)部裂紋（暗開）的存在直接影響其電磁性能，嚴(yán)重時甚至?xí)斐砂踩[患。傳統(tǒng)人工檢測方法因不確定因素多、勞動強度大等弊端，存在檢測效率低且誤、漏檢率高等現(xiàn)象。本項目以工件內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織與振動特性的物理特性為檢測依據(jù)，結(jié)合現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)與模式識別理論，研發(fā)檢測速度快，識別準(zhǔn)確率高的現(xiàn)場檢測裝置。 本項目針對工業(yè)現(xiàn)場噪聲強的特點研制了自屏蔽式激振--拾音一體裝，確保設(shè)備在強噪聲環(huán)境穩(wěn)定工作；利用時頻域分析法和檢測門控觸發(fā)技術(shù)等精確定位有效聲音特征片段，實現(xiàn)復(fù)雜背景信號下仍能精確提取目標(biāo)聲音片斷。本項目的成功實施使得基于音頻檢測技術(shù)的在線檢測成為了可能。 基于音頻法的磁性工件暗開檢測儀實現(xiàn)了對磁性材料暗開的現(xiàn)場檢測，填補了國內(nèi)磁性材料同類檢測技術(shù)的空白。儀器每小時可檢測工件6000余個，相當(dāng)于1個熟練工人4小時的工作量，且誤檢率小于0.5%，極大的提高企業(yè)的檢測效率和準(zhǔn)確率。僅江浙一帶現(xiàn)有生產(chǎn)商近千家，該檢測設(shè)備市場空間大。本項目儀器已在多家公司試用，用戶反映良好。該項目研究成果也可推廣到其他同類產(chǎn)品的在線檢測，具有很好的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化前景。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計、發(fā)明的目的：缺陷檢測是磁性工件生產(chǎn)中必不可少的一道工序，但目前工業(yè)現(xiàn)場常用的人工檢測法存在誤檢、漏檢和效率低等問題，產(chǎn)品質(zhì)量難以保證。針對上述問題，本項目以微波爐磁體為具體研究對象，以在線檢測磁體暗開（內(nèi)部裂紋）為研究內(nèi)容，提出一種音頻識別技術(shù)，利用音頻檢測的方法自動篩選暗開工件，解決傳統(tǒng)方法檢測工件時存在的問題。 基本思路：本項目以工件內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織與振動特性的關(guān)系為檢測依據(jù)，基于聲學(xué)原理研發(fā)在線檢測儀器，結(jié)合現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)與模式識別的理論，著重研究強大噪聲環(huán)境下有效聲音信號的提取與識別，形成檢測速度快、識別準(zhǔn)確率高的在線檢測技術(shù)。 創(chuàng)新點： 1、研制基于音頻法的磁性工件暗開檢測儀，使得基于音頻分析技術(shù)的在線檢測成為可能； 2、設(shè)計自屏蔽式激振拾音一體裝置，為確保工件在強大噪聲環(huán)境中實現(xiàn)檢測提供基礎(chǔ)； 3、在復(fù)雜背景信號下利用接近開關(guān)和時頻域分析法截取聲音特征片段，簡化后續(xù)特征識別工作量。 技術(shù)關(guān)鍵：1、根據(jù)不同激勵方式下聲音的時域和頻域特征與缺陷之間的關(guān)系，提取能用于識別缺陷產(chǎn)品的有效特征；2、精確截取采樣信號中感興趣的有效片斷，只對該部分?jǐn)?shù)據(jù)進行處理分析，減少運算時間和消耗的存儲空間；3、工件與儀器各環(huán)節(jié)接觸部位均進行材料和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，防止檢測過程對工件造成損傷。 主要技術(shù)指標(biāo)：1、檢測工件尺寸：兼容Φ53-58mm環(huán)形磁性工件；2、檢測效率：6000只/小時；3、誤檢率：<0.5%。
科學(xué)性、先進性
- 目前檢測磁性工件內(nèi)部缺陷常用的方法有超聲波、工業(yè)CT、射線照相檢測等技術(shù)，但此類檢測技術(shù)共有的缺點是所用設(shè)備價格昂貴、檢測效率低，而且針對幾何形狀復(fù)雜的零件有一定的局限性，限制其在在線檢測的應(yīng)用。本儀器采用音頻處理技術(shù)實現(xiàn)對磁性工件準(zhǔn)在線檢測，填補了國內(nèi)相關(guān)檢測技術(shù)的空白。 音頻檢測方法是一項通過測量被激勵件的機械振動來判定質(zhì)量的無損檢測技術(shù)。由于音頻檢測以不破壞被檢對象的使用性能為前提，應(yīng)用物理聲學(xué)的現(xiàn)象，對各種工程材料、零部件和產(chǎn)品進行有效的檢測和測試，借以評價它們的完整性、安全可靠性等，是實現(xiàn)質(zhì)量控制、節(jié)約原材料、改進工藝和提高勞動生產(chǎn)率的重要手段。 音頻檢測技術(shù)較其它無損檢測技術(shù)有其優(yōu)勢：1、測量速度快；2、測量值代表整個工件的整體狀態(tài)；3、所用設(shè)備成本較低；4、可以進行逐件自動無損檢測；5、適用于大多數(shù)復(fù)雜工件。所以音頻檢測技術(shù)非常適用于生產(chǎn)線上對工件進行自動化無損檢測，該技術(shù)可應(yīng)用于各種工業(yè)零件的現(xiàn)場檢測，具有一定的應(yīng)用價值和商業(yè)潛力。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2009年6月8日，獲某省第十一屆挑戰(zhàn)杯大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽二等獎
作品所處階段
- 中試階段 研制出樣機并送廠家試用，反映良好，現(xiàn)根據(jù)試用情況進行改進
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)買賣雙方合作，共擔(dān)風(fēng)險
作品可展示的形式
- 實物、圖片、錄像及現(xiàn)場演示。
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 使用說明：1、接通電源，打開開關(guān)，選擇型號，上料；2、撥動旋鈕，儀器運行，正常檢測時可連續(xù)上料，下料槽將滿時下料；3、使用完畢，關(guān)閉開關(guān)，斷開電源。 特點和優(yōu)勢： 1、效率高——儀器可完成上下料、聲音自激勵、分選等一系列工序，實現(xiàn)準(zhǔn)在線檢測。每小時可檢工件6000余個，相當(dāng)于1個熟練工人4小時工作量。 2、準(zhǔn)確度高——充分利用軟硬件優(yōu)化處理技術(shù)，保證設(shè)備誤檢率小于0.5%，而人工約為3%。 適應(yīng)范圍及前景：儀器用于Φ53-58mm磁性環(huán)狀工件暗開檢測，可推廣到同類零件的在線檢測，填補了國內(nèi)同類檢測技術(shù)的空白。 市場和效益預(yù)測：中國已是磁性材料世界級制造中心，僅江浙一帶便有此類企業(yè)近千家，但各廠家均采用人工方法，效率低、誤檢高。本儀器基本解決了現(xiàn)存的問題，并已在多家企業(yè)試用，用戶反映良好。通過對各模塊優(yōu)化設(shè)計，使得每臺成本控制在2萬元以內(nèi)，售價初定4.5萬元，以銷售150臺計算，可實現(xiàn)產(chǎn)值近700萬，同時廠家可在8個月內(nèi)收回成本。
同類課題研究水平概述
- 國外研究現(xiàn)狀 音頻檢測技術(shù)最初應(yīng)用在工業(yè)金屬材料上。早在20世紀(jì)60年代，英國A.G.Fuller通過測量共振頻率對金屬鑄件質(zhì)量估計的過程中建立了共振模型，揭示了振動物體的內(nèi)在規(guī)律，實驗表明對于單一品種、大批量生產(chǎn)，音頻法比超聲聲速法更優(yōu)越。美國福特汽車公司的B. V. Kovacs在論文“用音頻共振法控制和保證球鐵件質(zhì)量”中指出音頻法可以用于檢測球鐵的球化質(zhì)量，具有5個獨特的優(yōu)點：①測量速度快；②測量值代表整個工件的平均值；③所用設(shè)備相對價格便宜；④可以進行逐件自動無損檢測；⑤適用于大多數(shù)復(fù)雜工件。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀： 吉林工業(yè)大學(xué)利用音頻共振法檢測了球墨鑄鐵的顯微組織和機械性能，對球鐵試棒在縱向振動模態(tài)下的音頻特性進行理論分析，設(shè)計出音頻檢測系統(tǒng)，并在一汽集團進行現(xiàn)場實驗測試，取得明顯效果。福建工程學(xué)院根據(jù)振動分析學(xué)分析，當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋時，結(jié)構(gòu)的剛度和阻尼系數(shù)將隨之發(fā)生變化，并反映到模態(tài)固有頻率和阻尼比上。西安交通大學(xué)根據(jù)共振頻率與石墨的關(guān)系，可以預(yù)測碳鋼、球墨鑄鐵的球化率，并開發(fā)了用于CA488 輕型車凸輪軸的音頻無損檢測系統(tǒng)，實驗表明音頻檢測法無論從檢測精度上還是從檢測方法上完全優(yōu)越于超聲波檢測法。 音頻檢測法應(yīng)用在農(nóng)產(chǎn)品上技術(shù)相對成熟。華中科技大學(xué)利用微型話筒和聲卡采集蛋敲擊時的聲脈沖信號，將采集到的聲脈沖信號送計算機處理分析，利用最大隸屬度原則進行模糊識別，破損蛋識別準(zhǔn)確率達(dá)95%。浙江大學(xué)建立西瓜含糖量與表面聲波傳播速度的關(guān)系模型，研究了測試部位、打擊點位置、內(nèi)部缺陷和生長狀態(tài)等因素對關(guān)系模型的影響，實現(xiàn)了對西瓜含糖量的無損檢測。 技術(shù)發(fā)展趨勢 雖然音頻檢測技術(shù)的研究日益發(fā)展，但仍基本停留在實驗室階段，未能達(dá)到廣泛的應(yīng)用水平，目前存在的技術(shù)難點主要有：根據(jù)檢測對象如何選擇合適的激勵方式、聲音分析參數(shù)和信號處理方法，實現(xiàn)迅速、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)缺陷，并能對其進行定量評價，如缺陷的大小、位置、取向、分布等。
