基本信息
- 项目名称：
- 基于音频法的磁性工件暗开检测仪
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 裂纹是磁性工件中常见的一种缺陷，严重影响产品质量。对于肉眼无法识别的内部裂纹（暗开），实际生产中常采用人工敲击工件，根据声音来识别内部缺陷的检测方法，存在劳动强度大、干扰因素多及误检和漏检高等特点。本仪器采用音频处理技术，通过自屏蔽式激振拾音一体装置实现了环境噪声的高效屏蔽，基于二次预测的目标片段提取技术实现了有效声音片段的精确提取。该仪器实现了磁性工件暗开的准在线检测，填补了国内相关领域的技术空白。
- 详细介绍：
- 磁性工件内部裂纹（暗开）的存在直接影响其电磁性能，严重时甚至会造成安全隐患。传统人工检测方法因不确定因素多、劳动强度大等弊端，存在检测效率低且误、漏检率高等现象。本项目以工件内部结构组织与振动特性的物理特性为检测依据，结合现代数字信号处理技术与模式识别理论，研发检测速度快，识别准确率高的现场检测装置。 本项目针对工业现场噪声强的特点研制了自屏蔽式激振--拾音一体装，确保设备在强噪声环境稳定工作；利用时频域分析法和检测门控触发技术等精确定位有效声音特征片段，实现复杂背景信号下仍能精确提取目标声音片断。本项目的成功实施使得基于音频检测技术的在线检测成为了可能。 基于音频法的磁性工件暗开检测仪实现了对磁性材料暗开的现场检测，填补了国内磁性材料同类检测技术的空白。仪器每小时可检测工件6000余个，相当于1个熟练工人4小时的工作量，且误检率小于0.5%，极大的提高企业的检测效率和准确率。仅江浙一带现有生产商近千家，该检测设备市场空间大。本项目仪器已在多家公司试用，用户反映良好。该项目研究成果也可推广到其他同类产品的在线检测，具有很好的应用及产业化前景。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计、发明的目的：缺陷检测是磁性工件生产中必不可少的一道工序，但目前工业现场常用的人工检测法存在误检、漏检和效率低等问题，产品质量难以保证。针对上述问题，本项目以微波炉磁体为具体研究对象，以在线检测磁体暗开（内部裂纹）为研究内容，提出一种音频识别技术，利用音频检测的方法自动筛选暗开工件，解决传统方法检测工件时存在的问题。 基本思路：本项目以工件内部结构组织与振动特性的关系为检测依据，基于声学原理研发在线检测仪器，结合现代数字信号处理技术与模式识别的理论，着重研究强大噪声环境下有效声音信号的提取与识别，形成检测速度快、识别准确率高的在线检测技术。 创新点： 1、研制基于音频法的磁性工件暗开检测仪，使得基于音频分析技术的在线检测成为可能； 2、设计自屏蔽式激振拾音一体装置，为确保工件在强大噪声环境中实现检测提供基础； 3、在复杂背景信号下利用接近开关和时频域分析法截取声音特征片段，简化后续特征识别工作量。 技术关键：1、根据不同激励方式下声音的时域和频域特征与缺陷之间的关系，提取能用于识别缺陷产品的有效特征；2、精确截取采样信号中感兴趣的有效片断，只对该部分数据进行处理分析，减少运算时间和消耗的存储空间；3、工件与仪器各环节接触部位均进行材料和结构的优化，防止检测过程对工件造成损伤。 主要技术指标：1、检测工件尺寸：兼容Φ53-58mm环形磁性工件；2、检测效率：6000只/小时；3、误检率：<0.5%。
科学性、先进性
- 目前检测磁性工件内部缺陷常用的方法有超声波、工业CT、射线照相检测等技术，但此类检测技术共有的缺点是所用设备价格昂贵、检测效率低，而且针对几何形状复杂的零件有一定的局限性，限制其在在线检测的应用。本仪器采用音频处理技术实现对磁性工件准在线检测，填补了国内相关检测技术的空白。 音频检测方法是一项通过测量被激励件的机械振动来判定质量的无损检测技术。由于音频检测以不破坏被检对象的使用性能为前提，应用物理声学的现象，对各种工程材料、零部件和产品进行有效的检测和测试，借以评价它们的完整性、安全可靠性等，是实现质量控制、节约原材料、改进工艺和提高劳动生产率的重要手段。 音频检测技术较其它无损检测技术有其优势：1、测量速度快；2、测量值代表整个工件的整体状态；3、所用设备成本较低；4、可以进行逐件自动无损检测；5、适用于大多数复杂工件。所以音频检测技术非常适用于生产线上对工件进行自动化无损检测，该技术可应用于各种工业零件的现场检测，具有一定的应用价值和商业潜力。
获奖情况及鉴定结果
- 2009年6月8日，获某省第十一届挑战杯大学生课外学术科技作品竞赛二等奖
作品所处阶段
- 中试阶段 研制出样机并送厂家试用，反映良好，现根据试用情况进行改进
技术转让方式
- 技术买卖双方合作，共担风险
作品可展示的形式
- 实物、图片、录像及现场演示。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：1、接通电源，打开开关，选择型号，上料；2、拨动旋钮，仪器运行，正常检测时可连续上料，下料槽将满时下料；3、使用完毕，关闭开关，断开电源。 特点和优势： 1、效率高——仪器可完成上下料、声音自激励、分选等一系列工序，实现准在线检测。每小时可检工件6000余个，相当于1个熟练工人4小时工作量。 2、准确度高——充分利用软硬件优化处理技术，保证设备误检率小于0.5%，而人工约为3%。 适应范围及前景：仪器用于Φ53-58mm磁性环状工件暗开检测，可推广到同类零件的在线检测，填补了国内同类检测技术的空白。 市场和效益预测：中国已是磁性材料世界级制造中心，仅江浙一带便有此类企业近千家，但各厂家均采用人工方法，效率低、误检高。本仪器基本解决了现存的问题，并已在多家企业试用，用户反映良好。通过对各模块优化设计，使得每台成本控制在2万元以内，售价初定4.5万元，以销售150台计算，可实现产值近700万，同时厂家可在8个月内收回成本。
同类课题研究水平概述
- 国外研究现状 音频检测技术最初应用在工业金属材料上。早在20世纪60年代，英国A.G.Fuller通过测量共振频率对金属铸件质量估计的过程中建立了共振模型，揭示了振动物体的内在规律，实验表明对于单一品种、大批量生产，音频法比超声声速法更优越。美国福特汽车公司的B. V. Kovacs在论文“用音频共振法控制和保证球铁件质量”中指出音频法可以用于检测球铁的球化质量，具有5个独特的优点：①测量速度快；②测量值代表整个工件的平均值；③所用设备相对价格便宜；④可以进行逐件自动无损检测；⑤适用于大多数复杂工件。 国内研究现状： 吉林工业大学利用音频共振法检测了球墨铸铁的显微组织和机械性能，对球铁试棒在纵向振动模态下的音频特性进行理论分析，设计出音频检测系统，并在一汽集团进行现场实验测试，取得明显效果。福建工程学院根据振动分析学分析，当结构出现裂纹时，结构的刚度和阻尼系数将随之发生变化，并反映到模态固有频率和阻尼比上。西安交通大学根据共振频率与石墨的关系，可以预测碳钢、球墨铸铁的球化率，并开发了用于CA488 轻型车凸轮轴的音频无损检测系统，实验表明音频检测法无论从检测精度上还是从检测方法上完全优越于超声波检测法。 音频检测法应用在农产品上技术相对成熟。华中科技大学利用微型话筒和声卡采集蛋敲击时的声脉冲信号，将采集到的声脉冲信号送计算机处理分析，利用最大隶属度原则进行模糊识别，破损蛋识别准确率达95%。浙江大学建立西瓜含糖量与表面声波传播速度的关系模型，研究了测试部位、打击点位置、内部缺陷和生长状态等因素对关系模型的影响，实现了对西瓜含糖量的无损检测。 技术发展趋势 虽然音频检测技术的研究日益发展，但仍基本停留在实验室阶段，未能达到广泛的应用水平，目前存在的技术难点主要有：根据检测对象如何选择合适的激励方式、声音分析参数和信号处理方法，实现迅速、准确地发现缺陷，并能对其进行定量评价，如缺陷的大小、位置、取向、分布等。
