谱相关密度分析在轴承点蚀故障诊断中的研究

利用谱相关密度提取轴承故障特征时需要在循环频率域和频率域上同时兼顾高分析带宽和高分辨率,从而使得该方法的计算量庞大,难以达到较高的分析精度。鉴于此,首次在循环平稳分析中引入解析的思想,利用解析形式的谱相关密度在循环频率域不存在高频特征的特点,提出运用时域选抽技术,在保证分辨率的同时降低分析带宽,减少计算量,从而得到更好的分析效果。本文以一般调幅信号解析形式的谱相关密度分析为基础,对滚动轴承点蚀故障模型进行了分析,推导了其谱相关密度分析的理论结果,给出具体的算法实现。仿真调幅模型和实际轴承故障信号,证实了理论分析的正确性和算法的可行性,同时也验证了谱相关密度分析对调幅特征的提取能力。

调幅信号谱相关密度分析中白噪声影响的研究

重点研究了加性高斯白噪声对调幅信号谱相关密度分析结果的影响。平稳信号的谱相关密度仅存在于频率轴上,但是由于谱相关密度分析为非线性二次变换,信号和噪声的交叉项也将干扰分析结果。本文通过对加性高斯白噪声干扰的调幅信号的理论分析,得到了加性噪声干扰在谱相关密度双频率平面上的分布特点,总结了该类型循环平稳信号谱相关密度图的分布规律,最后利用仿真信号验证了理论分析的正确性。

基于矢量振动信号的AR功率谱分析及应用

以矢谱分析为基础,提出了一种针对双通道振动信号的分析方法———矢功率谱分析.从矢谱基础理论出发,证实了转子同一截面上互相垂直的任意两个通道在各频率响应下的能量总和为一定值这一结论,并以此为前提给出矢功率谱分析的表示方法,然后利用参数模型功率谱估计中的AR模型实现了双通道数据集成的AR功率谱估计;因计算过程较为繁琐,提出简化算法,对两个信号的处理可以同步进行,最后用C++Builder5.0编程实现了这一分析方法,并用实际数据验证了其实用性.

基于经验模态分解的精密光学表面中频误差识别方法

对于高端光学元件,除限制低频面形误差和高频表面粗糙度之外,需要严格控制中频误差,以确保其使用性能。目前国际上广泛采用功率谱密度(Power spectral density,PSD)曲线评价中频误差,该方法以Fourier变换为基础,在全局水平上给出中频误差的综合评价。但是,光学元件磨削与抛光工艺过程中,局部波动和变周期波动是常见的中频误差存在形式。为更加准确地评价中频误差,指导补偿加工,需要识别中频误差频率及位置信息。鉴于此,从光学表面属于非平稳空间信号的角度出发,提出基于经验模态分解的精密光学表面中频误差提取和识别方法,对光学表面拟合残差进行经验模态分解,得到一系列固有模态函数,根据各阶固有模态函数特征,识别不同空间位置存在的表面误差和波动频率,并将其合成得到光学表面的中频和高频误差。仿真与实际检测结果分析证实该方法可以有效识别中频误差特征及其方位。

基于信息融合的精密磨削砂轮磨损状态在线识别方法研究

高质量非球面光学元件批量制造是目前精密磨削技术力求实现的目标。为了提高非球面光学元件精密磨削的加工效率,必须在加工过程中动态识别砂轮磨损状态,在砂轮接近或达到寿命周期时对其进行修整。寻求一种经济可行的方式,实现砂轮寿命周期在线评估,利用声发射、砂轮振动、磨削力等多种类型加工过程信号,提取和选择能够全面、灵敏反应砂轮磨损状态的特征,基于Dempster-Shafer证据理论,进行多源信息融合,实现精密磨削砂轮磨损状态在线识别。

砂轮磨削振动对工件表面形貌特征的影响研究

砂轮振动将会使得光学元件表面产生周期性波动,从而降低后续抛光工序的加工效率,增加光学元件表面的中频误差成分,影响光学元件的使用性能。本文针对平行磨削方式,研究了砂轮周期性强迫振动下的工件表面形貌特征,分析了砂轮与工件表面的干涉现象,以及加工参数对加工表面波纹度特征的影响。研究结果表明:加工参数满足一定的条件下,工件表面振纹小于砂轮本身振动振幅,通过合理选择加工参数有利于改善工件表面波纹度,提高加工表面质量。

基于谱相关的齿轮振动监测技术研究

齿轮振动信号的特征循环频率具有谐频成分,谐频循环频率簇对应的谱线相关性综合反映了系统中的某种啮合振动或调制现象。以此理论为基础,提出了啮合振动监测因子和调制监测因子两种累积能量因子,利用单一传感器采集得到的信号,以全频段信息为依据,进行振动信息的抽取和剥离,实现针对性的齿轮振动监测。实例分析结果证实了基于谱相关的状态监测技术具有较高的灵敏性,能够初步判断系统中的故障所在。

BK7光学玻璃金刚石划刻声发射信号的特征提取

以金刚石压头划刻BK7光学玻璃为研究对象,分析了脆性材料脆性去除过程中的声发射机制,研究了声发射信号的特征提取技术。多种切深实验显示:BK7光学玻璃发生脆性去除的特征主要集中在[100,200]kHz、[300,400]kHz两个频段,对应不同的声发射机制,其中[100,200]kHz频带的滤波信号呈现明显的、时间间歇的突发式声发射现象,与脆性材料裂纹的生成与扩展密切相关。基于上述实验结果,提出了以突发式声发射事件为单位的特征监测方法。针对该带通滤波信号的均方根值(RMS),研究了基于凸优化理论的声发射事件识别算法,得到了脆性材料裂纹扩展的时刻及能量信息。得到的结果表明:以声发射事件为单位的特征监测具有明确的物理意义,能够更加客观地表征脆性材料的去除过程。

基于相关分析的包络技术在齿轮特征信息识别中的应用

本文将相关分析和包络技术相结合,提出了一种基于相关的包络分析方法,在解析信号的基础上,首先利用相关将齿轮信号中的调频信息转换为调幅信息,然后对相关函数进行包络谱分析,就能够同时提取信号中的调幅、调频特征,全面反映信号中的调制现象。由于相关本身也对随机噪声起到了一定的抑制作用,利用基于相关分析的包络技术能够更加准确地识别以调频特征为主的齿轮早期故障。

组合切片分析在滚动轴承故障诊断中的应用研究

通过对滚动轴承点蚀故障模型的研究,得到其二阶循环平稳特征,指出利用谱相关密度函数在循环频率域的信息,能够有效识别加性噪声干扰的点蚀故障类型,以此为依据提出了针对轴承局部故障识别的组合切片分析方法。该方法基于频域平滑循环谱估计算法,利用特征循环频率组对应的谱相关密度切片,通过切片间能量的对比判断轴承故障类型。组合切片分析计算效率较高,对噪声不敏感,在低信噪比信号特征识别中具有较大优势。文章最后通过来自实验台的内圈和外圈点蚀故障振动信号验证了该分析方法的有效性和实用性。

齿轮信号特征识别的谱相关密度分析

针对齿轮初期故障以调频形式表现且包络解调仅能够解调幅的现状,以一般调制信号为模型,引入解析思想,对各类型调制信号进行二阶循环平稳分析,理论推导了各自的分析结果,给出了调制信号谱相关密度分析的统一构架,证明了解析形式的谱相关密度同时提取调幅、调频特征的能力.仿真分析和齿轮故障实例验证了该分析方法对于调制特征的提取能力,表明该方法能够准确反映齿轮振动信号调制特征的变化,适用于齿轮初期故障的监测和识别.

大口径光学元件超精密加工技术与应用

大口径光学元件超精密加工技术是多种学科新技术成果的综合应用,促进了民用和国防等尖端技术领域的发展,在国家大光学工程的推动下,我国的超精密加工技术取得显著的成果。围绕大口径光学元件'高精度磨削+确定性抛光'超精密加工体系,介绍该领域研究进展及厦门大学微纳米加工与检测联合实验室取得的相关研究成果,主要针对光学元件磨削和抛光两个加工流程,详细分析磨削装备技术、磨削工艺技术、精密检测技术、可控气囊抛光技术、加工环境监控技术和中频误差评价技术等关键技术的研究应用情况。这些技术研究从超精密加工的需求出发,借鉴国内外的研究经验和成果,通过对装备、工艺、检测等各方面整合,形成具有自主知识产权的大口径光学元件磨抛超精密加工体系,从而实现大口径光学元件高精度、低缺陷加工。

基于小波滤波与循环平稳度分析的滚动轴承早期故障诊断方法

由于噪声的严重干扰,在滚动轴承早期故障时,仅仅利用二阶循环平稳分析方法往往较难成功提取出信号中潜在的有用周期信息。因此将小波滤波和循环平稳度分析方法相结合,进行滚动轴承的早期故障诊断。采用最小熵方法对小波滤波器参数进行优化。实验结果证明了该方法的有效性。

循环平稳信号处理在机械设备故障诊断中的应用综述

循环平稳信号处理学科的引入,丰富了机械设备故障诊断的内容。本文总结了循环平稳信号处理在机械设备信号特征提取和故障诊断领域的研究概况,分析了该方法目前所存在的问题,最后简要指出了循环平稳信号处理在机械设备故障诊断中应用的发展方向。

循环平稳度解调频原理分析及其在齿轮故障诊断中的应用

为了克服Hilbert变换解调频法容易受到端点效应、采样频率和噪声的影响而出现不稳定现象的缺点,提出了利用循环平稳度对调频信号进行解调分析的新方法.基于调频信号的谐波分解,对调频信号的循环自相关和循环平稳度函数进行了详细地推导.研究结果表明,循环平稳度不仅能够有效地对调频信号进行解调,而且还对加性平稳噪声具有较强的抑制能力,因此,基于循环平稳度的解调频方法将大大地提高分析结果的准确性.

光学元件磨削加工亚表面损伤检测研究

基于氢氟酸刻蚀对光学元件亚表面裂纹影响的刻蚀模型,将化学刻蚀、逐层抛光技术和激光共聚焦扫描技术相结合,提出了一种磨削加工光学元件亚表面损伤的检测方法。实验证实该方法得到的亚表面损伤深度与公认的亚表面损伤预测模型的预测结果吻合性较好,是一种可靠的亚表面深度检测方法。

磨削加工光学元件亚表面损伤探究

对磨削加工的K9材料试件进行亚表面损伤探究,分析磨削加工产生亚表面损伤的原因。分别用亚表面损伤深度预测法、分阶刻蚀法预测和检测元件亚表面损伤深度,并分析切深、工作台进给速度、砂轮转速等参数对亚表面损伤深度的影响。研究表明,分阶刻蚀法直观有效,与亚表面损伤深度预测法的结果一致性较好。在本文实验条件下,自行加工K9试件的亚表面损伤深度随切深增大而加深,随工作台进给速度增大而有所增加,砂轮转速对亚表面损伤深度影响并不明显。

谱相关函数的解调原理分析

在机械故障诊断中,基于循环平稳的信号分析方法逐渐受到人们的重视,本文主要分析了谱相关函数(二阶循环平稳统计量)的解调原理,为机械设备故障诊断中的解调分析方法提供了一种新的思路。根据两信号乘积的谱相关函数等于两信号的谱相关函数在频率和循环频率域的双重卷积,推导出调幅信号的谱相关函数,由于在两个频率域的双重卷积使得谱相关函数在频率和循环频率域均具有解调功能,这样得到的双重解调信息提高了分析结果的可靠性。通过分析并仿真发现这种基于谱相关函数的解调方法还能同时对调幅和调频信号进行解调。

磨削阶段大口径非球面拼接测量技术

为实现对磨削加工阶段大口径非球面光学元件的精密测量,提出一种基于坐标测量的多段拼接综合优化数据处理模型。基于多体系统理论、最小二乘原理建立两段面形轮廓拼接数学模型;提出基于曲率原理和非球面方程最小二乘拟合的冗余数据剔除数学模型;建立多段拼接的综合优化处理模型;利用Taylor Hobson轮廓仪对口径为176 mm的非轴对称非球面光学元件的3条母线进行分段测量试验并通过文中提出的数学模型进行数据拼接处理,试验结果表明,拼接测量结果与单次测量结果相比,误差最大值的平均值为0.25μm,最小值的平均值为–0.22μm,比该光学元件的面形峰-谷值2.77μm高出一个数量级,达到检测要求。试验结果证明所提多段拼接综合优化数据处理模型的正确性及有效性,该模型可以进行工程应用。

大口径光学元件微纳加工与检测技术研究与应用

超精密金刚石砂轮磨削是大口径先进光学元件微纳加工的主要技术,是实现确定性批量加工的重要保证.以实现高精度、高效率、高自动化程度加工为目的,阐述了大口径光学元件微纳加工与检测的加工技术系统,详细分析高精度加工设备及工艺控制、大尺寸检测、加工环境监控、快速抛光、表面织构化等研究应用情况.