基于Lamb的可移动式紧固件松动损伤在线监测装置的制作方法

本发明涉及到一种实际工程应用性强的紧固件松动损伤在线监测装置，具体的说是涉及到基于Lamb的可移动式紧固件松动损伤在线监测装置。

背景技术：

飞行器等大型机械设备结构中存在着大量的紧固件，如螺栓、螺钉和铆钉。实时掌握这些紧固件的健康状态，对其安全具有非常重要的意义。

传统的无损检测主要有射线检验、超声检测、磁粉检测和液体渗透检测四种。但是，大多数无损监测方法需要结构处于某种特定状态，无法对结构进行实时在线监测，造成监测效率低；结构健康监测的概念最早由美国军方提出，随着传感器技术、结构动力学技术、信号处理和通信技术、优化设计技术和先进材料技术等科学领域的飞速发展，结构健康监测技术受到广泛关注。随着飞行器结构朝着复杂化、大型化、智能化方向发展，结构健康监测的内容逐渐丰富起来，如今已在结构损伤监测、损伤成像定位及寿命监测等方面取得了较大发展。结构健康监测的原理是：首先利用集成在结构表面或者内部的驱动/传感元件组网，实时在线地获取与结构健康状态相关的信息；然后再利用特定的信号处理方法和结构力学建模方法，提取与损伤相关的特征参数，从而达到识别结构的损伤类型和程度；最终实现结构健康的自诊断，达到既能保证结构的安全又能降低维修费用的目的；基于Lamb波的结构健康监测方法主要根据结构中传播的Lamb波与损伤之间相互作用，通过分析Lamb波中的异常状态对结构中的损伤进行监测与评估；这种方法对结构中微小的、局部损伤比较敏感；本发明提供一种基于Lamb的可移动式紧固件松动损伤在线监测装置针对飞行器等大型机械设备结构中存在的大量紧固件进行实时、在线、有效的监测，具有结构简单，操作方便，功能完善，自动化水平高的显著优点。

技术实现要素：

为了实现上述发明目的，本发明提供一种基于Lamb的可移动式紧固件松动损伤在线监测装置针对飞行器等大型机械设备结构中存在的大量紧固件进行实时、在线、有效的监测，具有结构简单，操作方便，功能完善，自动化水平高的显著优点。

本发明所采用的技术方案如下：

基于Lamb的可移动式紧固件松动损伤在线监测装置，包括：移动平台，升降支撑，驱动系统，在线监测系统，控制系统；所述驱动系统安装在所述移动平台的底部，所述控制系统安装在所述移动平台的中部，所述升降支撑固定安装在所述移动平台上，所述在线监测系统的传感器安装在所述升降支撑的顶端，所述在线监测系统置于所述移动平台上，通过所述控制系统的遥控器实现所述移动平台的运动，通过所述在线监测系统实现紧固件的在线监测；所述移动平台采用高强度结构钢，所述移动平台上开有长方形凹糟，用来安装所述升降支撑；所述移动平台的底部安装所述驱动系统，所述驱动系统包括：轮边驱动和麦克纳姆轮，所述麦克纳姆轮共四套，每两套为一组与所述轮边驱动连接，所述驱动系统的每个麦克纳姆轮均为独立悬挂，保证所有所述麦克纳姆轮在地面的不平整的情况下都处于着地状态，确保移动平台在行走和周转的高效率和高精度以及平稳性；每组所述驱动系统的麦克纳姆轮和轮边驱动电机，通过矢量合成分别控制，实现360°零转弯半径，任意方向行走，通过程序内部控制驱动系统实现二维平面内任意方向的移动功能，包括直行、横行、斜行、任意曲线移动，适合转运空间有限、作业通道狭窄的环境，同时实现行走和升降；所述升降支撑采用多层剪刀叉结构连接，通过双排油缸驱动，油缸的底座和油缸杆的顶端分别与最底层的剪刀叉和中间的剪刀叉连接，当需要将升降支撑进行升高时，伸长油缸杆的伸出长度，缩短最底层两个剪刀叉的距离，进而实现所述升降支撑的升高；当需要将所述升降支撑进行降低时，缩短油缸杆的伸出长度，伸长最底层两个剪刀叉的距离，进而实现所述升降支撑的降低，降低到最低高度的所述升降支撑的多层剪刀叉均落到所述移动平台的凹槽内，节省空间。

进一步地，所述移动平台整体为方钢焊接而成，为长方形结构，所述移动平台的两端安装两端为所述驱动系统，所述移动平台的中间安装所述升降支撑；所述移动平台的四周的侧面安装防撞条，所述防撞条采用高弹性橡胶条，缓冲在运行中遇到障碍物时对整车的冲击。

进一步地，所述在线监测系统包括：三坐标测量臂、机箱、在线监测系统软件、传感器、高性能数据采集卡、任意波形发生器、功率放大器、程控放大器、控制器、显示屏；所述在线监测系统软件、所述任意波形发生器、所述控制器及所述高性能数据采集卡置于所述机箱内，所述机箱分别连接所述功率放大器、所述程控放大器、所述显示屏；所述传感器安装在所述三坐标测量臂的顶端，所述传感器与所述程控放大器连接；通过所述在线监测系统软件控制所述任意波形发生器生成幅值为4V、中心频率为50kHz的五波峰正弦调制电压信号，该电压信号经过所述功率放大器进行20倍电压放大，将放大后的电压信号输出至所述程控放大器，所述程控放大器对所述传感器进行激励从而在紧固件结构中激励出Lamb波；所述传感器将激励出的Lamb波信号发送到所述程控放大器，所述程控放大器对Lamb波信号进行滤波、放大100倍处理；经过所述程控放大器处理后的Lamb波信号输入至所述高性能数据采集卡，所述高性能数据采集卡的采样频率设置为1MS/s，所述高性能数据采集卡将采集到的数据输入到所述控制器进行相应的存储和处理，并在所述显示屏上得到松动损伤监测结果；依据上述过程，首先采集紧固件处于紧固状态时的信号，即健康信号；监测紧固件是否松动时，继续采集紧固件处于松动或损伤时刻的信号，即损伤信号，将损伤信号减去健康信号，得到差信号；当紧固件一直处于紧固状态时，采集到的健康信号和损伤信号在理论上应该完全一样，此时差信号应该为零；在所述在线监测系统中设置一个阈值，将截断后的差信号幅值作为判断紧固件松动监测的损伤因子，当损伤因子小于设定的阈值时，表示差信号是由于噪声干扰及压电传感器差异性造成的，因此判断紧固件一直处于紧固状态；当损伤因子大于设定的阈值时，表示差信号是紧固件松动原因所造成的，因此判断紧固件处于松动状态。

进一步地，其特征在于，所述三坐标测量臂的底座安装在所述升降支撑的平台上，所述三坐标测量臂由三个关节组成，第一关节与所述三坐标测量臂的底座连接形成转动副，第二关节与第一关节连接形成转动副，第三关节与第二关节连接形成转动副，所述在线监测系统的传感器安装在第三关节的顶端；所述三坐标测量臂与所述升降支撑与所述移动平台相配合，实现不同位置的紧固件在空间范围内的实时、在线、有效的监测。

进一步地，所述控制系统包括控制系统软件、控制系统硬件及遥控器，所述控制系统软件及所述控制系统硬件置于所述移动平台的底部，所述控制系统具有CAN通信总线接口，与所述驱动系统的电机的驱动控制器进行数据交换，实现电机的动作控制，所述驱动系统的行走控制器通过无线数据传输接收遥控器发出的控制指令，经过控制器的运算，发送给四个电机的驱动控制器，分别驱动四个电机，完成对电机的转速及方向的控制，从而精确的所述移动平台的全方位行走控制；通过控制所述遥控器调节所述控制系统控制整个装置各个部件之间协调运行。

本发明基于Lamb的可移动式紧固件松动损伤在线监测装置的工作方法具体步骤如下：

通过所述控制系统的遥控器调节所述移动平台的全方位行走，并移动到需要进行监测的紧固件附件，调节油缸杆的伸出长度，实现所述升降支撑升降到合适的监测位置，通过所述三坐标测量臂的空间运动与所述移动平台相配合，实现不同位置的紧固件在空间范围内的实时、在线、有效的监测；通过所述在线监测系统的软件控制所述任意波形发生器生成幅值为4V、中心频率为50kHz的五波峰正弦调制电压信号，该电压信号经过所述功率放大器进行20倍电压放大，将放大后的电压信号输出至所述程控放大器，所述程控放大器对所述传感器进行激励从而在紧固件结构中激励出Lamb波；所述传感器将激励出的Lamb波信号发送到所述程控放大器，所述程控放大器对Lamb波信号进行滤波、放大100倍处理；经过所述程控放大器处理后的Lamb波信号输入至所述高性能数据采集卡，所述高性能数据采集卡的采样频率设置为1MS/s，所述高性能数据采集卡将采集到的数据输入到所述控制器进行相应的存储和处理，并在所述显示屏上得到紧固件的松动损伤监测结果。

本发明的基于Lamb的可移动式紧固件松动损伤在线监测装置，其有益效果在于：

(1)本发明的基于Lamb的可移动式紧固件松动损伤在线监测装置通过所述升降支撑和所述三坐标测量臂与所述移动平台相配合，实现不同位置的紧固件在空间范围内的实时、在线、有效的监测。

(2)本发明的基于Lamb的可移动式紧固件松动损伤在线监测装置具有结构简单、紧凑，功能完善，操作方便，自动化水平高的显著优点。

附图说明

图1为本发明基于Lamb的可移动式紧固件松动损伤在线监测装置的三维立体图；

图2为本发明基于Lamb的可移动式紧固件松动损伤在线监测装置的在线监测系统工作流程图；

图中：1-移动平台，2-升降支撑，3-驱动系统，4-在线监测系统，5-控制系统，41-三坐标测量臂。

具体实施方式

下面结合附图对发明做进一步的描述。

如图1、2所示，本发明基于Lamb的可移动式紧固件松动损伤在线监测装置，包括：移动平台1，升降支撑2，驱动系统3，在线监测系统4，控制系统5；所述驱动系统3安装在所述移动平台1的底部，所述控制系统5安装在所述移动平台1的中部，所述升降支撑2固定安装在所述移动平台1上，所述在线监测系统4的传感器安装在所述升降支撑2的顶端，所述在线监测系统4置于所述移动平台上，通过所述控制系统5的遥控器实现所述移动平台1的运动，通过所述在线监测系统4实现紧固件的在线监测；所述移动平台1采用高强度结构钢，所述移动平台1上开有长方形凹糟，用来安装所述升降支撑2；所述移动平台1的底部安装所述驱动系统3，所述驱动系统3包括：轮边驱动和麦克纳姆轮，所述麦克纳姆轮共四套，每两套为一组与所述轮边驱动连接，所述驱动系统3的每个麦克纳姆轮均为独立悬挂，保证所有所述麦克纳姆轮在地面的不平整的情况下都处于着地状态，确保移动平台1在行走和周转的高效率和高精度以及平稳性；每组所述驱动系统3的麦克纳姆轮和轮边驱动电机，通过矢量合成分别控制，实现360°零转弯半径，任意方向行走，通过程序内部控制驱动系统3实现二维平面内任意方向的移动功能，包括直行、横行、斜行、任意曲线移动，适合转运空间有限、作业通道狭窄的环境，同时实现行走和升降；所述升降支撑2采用多层剪刀叉结构连接，通过双排油缸驱动，油缸的底座和油缸杆的顶端分别与最底层的剪刀叉和中间的剪刀叉连接，当需要将升降支撑2进行升高时，伸长油缸杆的伸出长度，缩短最底层两个剪刀叉的距离，进而实现所述升降支撑2的升高；当需要将所述升降支撑2进行降低时，缩短油缸杆的伸出长度，伸长最底层两个剪刀叉的距离，进而实现所述升降支撑2的降低，降低到最低高度的所述升降支撑2的多层剪刀叉均落到所述移动平台1的凹槽内，节省空间；所述移动平台1整体为方钢焊接而成，为长方形结构，所述移动平台1的两端安装两端为所述驱动系统3，所述移动平台1的中间安装所述升降支撑2；所述移动平台1的四周的侧面安装防撞条，所述防撞条采用高弹性橡胶条，缓冲在运行中遇到障碍物时对整车的冲击；所述在线监测系统4包括：三坐标测量臂41、机箱、在线监测系统软件、传感器、高性能数据采集卡、任意波形发生器、功率放大器、程控放大器、控制器、显示屏；所述在线监测系统软件、所述任意波形发生器、所述控制器及所述高性能数据采集卡置于所述机箱内，所述机箱分别连接所述功率放大器、所述程控放大器、所述显示屏；所述传感器安装在所述三坐标测量臂41的顶端，所述传感器与所述程控放大器连接；通过所述在线监测系统软件控制所述任意波形发生器生成幅值为4V、中心频率为50kHz的五波峰正弦调制电压信号，该电压信号经过所述功率放大器进行20倍电压放大，将放大后的电压信号输出至所述程控放大器，所述程控放大器对所述传感器进行激励从而在紧固件结构中激励出Lamb波；所述传感器将激励出的Lamb波信号发送到所述程控放大器，所述程控放大器对Lamb波信号进行滤波、放大100倍处理；经过所述程控放大器处理后的Lamb波信号输入至所述高性能数据采集卡，所述高性能数据采集卡的采样频率设置为1MS/s，所述高性能数据采集卡将采集到的数据输入到所述控制器进行相应的存储和处理，并在所述显示屏上得到松动损伤监测结果；依据上述过程，首先采集紧固件处于紧固状态时的信号，即健康信号；监测紧固件是否松动时，继续采集紧固件处于松动或损伤时刻的信号，即损伤信号，将损伤信号减去健康信号，得到差信号；当紧固件一直处于紧固状态时，采集到的健康信号和损伤信号在理论上应该完全一样，此时差信号应该为零；在所述在线监测系统4中设置一个阈值，将截断后的差信号幅值作为判断紧固件松动监测的损伤因子，当损伤因子小于设定的阈值时，表示差信号是由于噪声干扰及压电传感器差异性造成的，因此判断紧固件一直处于紧固状态；当损伤因子大于设定的阈值时，表示差信号是紧固件松动原因所造成的，因此判断紧固件处于松动状态。

如图1、2所示，本发明基于Lamb的可移动式紧固件松动损伤在线监测装置的工作方法具体步骤如下：

通过所述控制系统5的遥控器调节所述移动平台1的全方位行走，并移动到需要进行监测的紧固件附件，调节油缸杆的伸出长度，实现所述升降支撑2升降到合适的监测位置，通过所述三坐标测量臂41的空间运动与所述移动平台1相配合，实现不同位置的紧固件在空间范围内的实时、在线、有效的监测；通过所述在线监测系统4的软件控制所述任意波形发生器生成幅值为4V、中心频率为50kHz的五波峰正弦调制电压信号，该电压信号经过所述功率放大器进行20倍电压放大，将放大后的电压信号输出至所述程控放大器，所述程控放大器对所述传感器进行激励从而在紧固件结构中激励出Lamb波；所述传感器将激励出的Lamb波信号发送到所述程控放大器，所述程控放大器对Lamb波信号进行滤波、放大100倍处理；经过所述程控放大器处理后的Lamb波信号输入至所述高性能数据采集卡，所述高性能数据采集卡的采样频率设置为1MS/s，所述高性能数据采集卡将采集到的数据输入到所述控制器进行相应的存储和处理，并在所述显示屏上得到紧固件的松动损伤监测结果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。