机械结合面接触状态的超声检测图像分析方法研究

Contacting status of mechanic junction surfaces under loading decides the static and dynamic characteristics of junction surfaces, so that it affects the whole performance of mechanical product. However, high-precision measurement and analysis to coupling contacting status of junction interfaces don't be solved yet. Based on the ultrasonic measuring technique, measurement of contact status and contact area between air coupled mechanical surfaces will be studied. According to spatial feature and time frequency feature, ultrasonic signal modulated by coupled interfaces will be filtered according to frequency, signal noise will be suppressed. Coupling contact status is reflected. Contact status image is reconstructed. The scanned image is enhanced in frequency domain and spatial area to improve resolution, and then the contact area is computed and frequency domain distribution feature of image is described to guarantee the reliability and effectiveness of junction interfaces contacting description and analysis, which will provide basis of reality contacting status to researching the static and dynamic characteristics of mechanical junction interfaces.

机械结合面在载荷作用下的接触状态直接决定结合面的静、动态特性，以致影响机械产品整机性能，然而，结合面耦合接触状态的高精度测量分析至今仍未得到解决。项目以超声波检测为技术手段，展开对空气耦合机械结合面的微观接触状态和接触面积的高精度检测分析的研究。根据超声信号的空间特性及其时频特性，对受耦合结合面调制的超声信号进行频率分量筛选，实现信号噪声的抑制，描述反映耦合接触状态。重建接触状态描述图像，对其扫描图像采用频率增强和空间域的分辨率增强，提高图像分辨率，对扫描图像进行接触面积统计和频域分布特征描述，以保证结合面接触表征和用于分析的可靠性和有效性，为机械结合面静动态特性研究提供实际接触状态依据。

机械结合面的接触状态研究对机械系统性能分析和工程应用研究具有重要意义。项目中通过超声无损探测的方法进行了压力耦合作用下的机械接触状态、接触分布特征的研究。主要内容有：压力耦合结合面在载荷作用下的超声波检测的系统模型研究；超声波与不理想机械结合面相互作用时，超声回波信号的噪声抑制和特征提取方法；超声波对压力耦合结合面进行扫描成像方法以及结合状态图像的分辨率增强研究；实际接触面积和接触压力的表达。建立了超声检测系统模型和实验系统，确定了经粗糙接触面调制的超声信号的噪声抑制方法和特征值的提取，实现了机械结合表面接触的超声图像描述, 并进行了超分辨率方法研究。根据接触表面变形与超声信号特征间的关系，进行了超声波反射率与载荷间的自标定，并对接触状态变化实现了仿真计算预测。此外，研究了圆周遍历超声扫描检测及超声成像方法，实现了材料内部结构型特征识别和几何特征检测。该研究为精密机械系统的内部特征的分析评价提供了一种技术手段，在工程应用中具有实际意义，为机械结合状态的变化分析及预测提供方法，为不同机械结合面的等效接触模型的建立提供参考。