[发明专利]一种基于多应变传感器信息融合的振动时效效果在线评价系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及振动时效技术领域，特指一种基于多应变传感器信息融合的振动时效效果在线评价系统及方法。

技术背景

振动时效技术的效果评价是振动时效技术领域的关键问题之一。目前振动时效技术的效果评价方法主要包括：参数曲线评定法、残余应力测量法、精度稳定性检测法以及动应力判据法。

(1)参数曲线评定法

参数曲线评定法是根据振动时效过程中参数发生有规律的变化现象总结出来的，能够对振动时效的效果进行定性评价，所用的评价准则主要包括：振动时效过程中振幅时间曲线出现上升后变平、上升后下降然后变平；振动时效处理后扫频曲线的共振峰值比振动时效处理前升高；振动时效处理后扫频曲线的共振频率比振动时效处理前降低；振动时效处理后扫频曲线的带宽比振动时效处理前变窄。参数曲线评定法虽然是一种在线、直观、快速便捷的方法，但是采用参数曲线评定法评价振动时效效果时，只在工件上布置单个加速度传感器，由于加速度传感器采集回来的加速度信号容易受到外界因素的干扰，并且当应变传感器出现故障时，会导致采集回来的信号并不是工件真实的振动信号，而这些情形的出现都会导致参数曲线评定法无法准确可靠的评价振动时效效果。

(2)残余应力测量法

为了准确的评价振动时效调控残余应力的效果，就需要准确地评估工件振动时效前后的残余应力，然而工件表层的残余应力分布情况，特别是一些复杂工件表层残余应力的分布状态，很难采用理论计算的方法进行分析求解，所以采用实验测量的方法评估工件表层残余应力的大小具有重要的现实意义。目前残余应力的实验测量方法主要包括：有损的机械测量法和无损的物理测量法，能够定量的评估工件振动时效处理前后的残余应力。机械测量法主要包括小孔法、切条法等；物理测量法主要包括X射线法、超声波法等。残余应力测量法属于离线的评价方法，只能在振动时效过程结束后对时效效果进行评价，并且残余应力测量法费用高，耗时长，在节奏快的生产现场不易应用。

(3)精度稳定性检测法

精度稳定性检测法是通过检测工件振动时效处理后的精度来评价振动时效技术的效果，能够对振动时效技术的效果进行定性评价，主要包括长期放置精度法、加动载荷后精度法等。长期放置精度法是将经过振动时效处理后的工件长期放置并且定期检测工件的尺寸稳定性，具体操作流程是在放置15天时第一次检测，以后每隔30天检测一次，总的放置时间应该在半年以上；加动载荷后精度法是检测经过振动时效处理后的工件在动载荷作用后的尺寸精度的变化量。精度稳定性检测法也属于定性的评价方法，其中长期放置精度法测试过程耗时长，有很大的局限性。加动载荷后精度法虽然快速，但对测量设备精度要求高、操作困难，很难普及。

(4)动应力判据法

上海交通大学的陈立功教授团队提出了动应力判据法，因为动应力作为振动时效过程中最重要的参数，必然与振动时效效果存在某种相关性。他们研究发现动应力与残余应力释放效果之间存在定量的非线性相关性，并通过数学回归分析和曲线拟合得到它们之间的近似函数关系DP-CH方程，可以在振动时效过程中在线检测动应力，实时定量判断振动时效的效果。但是动应力判据法是根据现场应用经验对动应力与时效效果关系的近似，评价精度低，且动应力测量与评估困难，振动时效技术国家标准尚未对其进行规定，此外影响动应力判据的因素很多，如材料微观组织、外界条件。因此，动应力判据法并不完善，还需进行大量的试验来建立动应力判据形式。

目前虽然存在着一些振动时效技术的效果评价方法，但是现有评价方法无法对振动时效效果进行在线、可靠评价，因此有必要对振动时效效果在线评价方法开展进一步的研究和探索。此外，应变传感器采集到的应变信号相比于加速度传感器采集到的加速度信号对工件局部结构的变化更加敏感，而且应变传感器采集到的应变信号能够直接转换成作用在工件上的动应力，而动应力是振动时效的主要工艺参数，直接关系到振动时效的效果，因此采用应变传感器去检测振动时效过程中的振动信号能够更加有利于评估振动时效的效果。针对现有振动时效效果评价方法存在的不足，本发明提出一种基于多应变传感器信息融合的振动时效效果在线评价系统及方法，即建立基于多应变传感器信息融合的振动时效效果在线评价系统，用于对振动时效效果进行在线、可靠评价。

发明内容

针对现有振动时效效果评价方法存在的不足，本发明提出一种基于多应变传感器信息融合的振动时效效果在线评价系统及方法，即建立基于多应变传感器信息融合的振动时效效果在线评价系统，用于对振动时效效果进行在线、可靠评价。