论文部分内容阅读
连杆是发动机等机械系统中的重要组成部分，它在工作过程中承受高频脉动负荷，特别是当连杆小头与衬套过盈量不足时，易发生连杆游移、活塞销与小头衬套产生干摩擦、造成连杆小头的断裂等故障。为了安全和成本考虑，需要对连杆小头进行定期检测。目前，对连杆小头处缺陷的检测主要依靠传统的人工抽检方式，但这种检测方式可靠性和检测效率低。而超声波检测是五大常规无损检测方法之一，具有使用方便，可靠性高和应用范围广等优点。并且，超声波检测可以检测出工件内部的缺陷、对缺陷定位准确以及穿透能力强和灵敏度高。因此，本文采用超声波检测对连杆小头与衬套处的缺陷进行检测。 本文根据超声波检测技术的基本原理，以及被检工件连杆小头与衬套处的结构和材质的特性，设计了一套基于FPGA的连杆超声波缺陷检测系统，设计与制作了专用的一发一收双直超声波探头和模拟试块，并且对超声波缺陷信号进行小波去噪分析，最后对连杆进行了超声波缺陷检测实验分析，以及对缺陷进行评价。其主要内容如下： 首先，根据超声波检测的理论和连杆的特性，分析了连杆小头与衬套处的缺陷特征与性质，设计了一套针对连杆小头与衬套处缺陷的超声波检测的整体方案，并确定超声波检测方法为穿透式的液浸检测法。 其次，搭建了超声波检测系统的硬件电路，以及设计了基于EP4CE15F17C8N型号的FPGA软件控制部分。并对硬件电路的信号传播进行了调试，以及对FPGA的逻辑模块设计进行了Modelsim仿真测试。此外，设计和制作了专门用于连杆小头与衬套处超声波缺陷检测的探头，并最终确定超声波探头采用频率为5MHz，晶片尺寸为Φ10mm的一发一收式双直探头。 然后，对检测到的超声波缺陷信号进行了小波去噪分析。选用小波阈值去噪法对本系统检测到的连杆小头与衬套处的超声波缺陷信号进行去噪处理，并确定了小波阈值去噪法的具体参数指标，当选用db5小波基、5层分解层数和rigrsure阈值准则以及软阈值函数时去噪效果最佳。 最后，分别制作了含有气泡孔和裂缝缺陷的模拟试块，对标准连杆和模拟试块进行了超声波缺陷检测试验，并对连杆小头与衬套处的缺陷做出无损评价。实验表明，本系统可以检测到连杆小头与衬套处的气泡孔和裂缝缺陷，并且可以通过穿透波的电压幅值和传播时间来判断缺陷的相对大小和位置。