本發(fā)明一種供輸彈機構(gòu)裝配質(zhì)量的聲振監(jiān)測與缺陷定位方法，屬于自動供輸彈系統(tǒng)故障診斷技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
新形勢部隊加大了訓(xùn)練的力度，各種武器裝備經(jīng)歷了前所未有的考驗，裝備在使用過程中逐漸暴露出設(shè)計中的問題，使用者與設(shè)計者之間的不相協(xié)調(diào)的問題終將暴露出來。艦炮、坦克炮、自行火炮等各種中大口徑火炮普遍被要求加大火力密度，供輸彈系統(tǒng)的射速不斷提高，使得各機構(gòu)的動作要在動態(tài)條件下完成交接彈，增加了機構(gòu)運動的不可靠性。在供輸彈系統(tǒng)研制過程中，零部件加工制造的局部質(zhì)量問題，包括材料缺陷、尺寸公差積累，都會在裝配成形后展現(xiàn)出來。供輸彈系統(tǒng)在使用了一段時間后，特別是大載荷的射擊試驗以后容易出現(xiàn)松動和變位情況，改變了原始的裝配狀態(tài)，機構(gòu)運動性能變差導(dǎo)致了缺陷故障、停射甚至卡滯。裝備的可靠性問題逐漸突出出來，引起軍方和工業(yè)部門的高度關(guān)注。
供輸彈機構(gòu)裝配質(zhì)量與缺陷的定位定量診斷的目標(biāo)在于判斷其是否處于正常狀況，若出現(xiàn)異常，分析缺陷產(chǎn)生的原因、部位以及嚴重程度，并預(yù)測發(fā)展的趨勢；通過分析在執(zhí)行機構(gòu)和驅(qū)動裝置上測得的沖擊、振動和聲響應(yīng)的大小和變化規(guī)律，做出跨點頻率響應(yīng)曲線，進一步提取信號特征、分類識別缺陷，探究其程度和發(fā)生的部位。供輸彈系統(tǒng)多使用于中大口徑火炮系統(tǒng)，射速相對于高速自動機來說較低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，例如某大口徑艦炮供輸彈系統(tǒng)包括輸彈、揚彈、擺彈、轉(zhuǎn)彈、推彈、抽殼等幾個大的運動，各運動機構(gòu)連續(xù)轉(zhuǎn)換，各機構(gòu)主要是串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，大小零件數(shù)千多個，裝配關(guān)系極其復(fù)雜，拉桿的微小尺寸變化，會在后續(xù)運動中被放大，形成運動卡滯因素；零件間連接的松緊程度不但影響各機構(gòu)組成系統(tǒng)的固有特性，也影響彈藥的運動響應(yīng)特性，成為供輸彈執(zhí)行機構(gòu)故障的誘發(fā)因素。利用多個跨點之間的傳遞關(guān)系，特別是彈藥在幾個典型運動之間轉(zhuǎn)換時的傳遞特性，進行火炮供輸彈機構(gòu)運行時的裝配質(zhì)量和缺陷診斷，是充分利用結(jié)構(gòu)固有特性變化進行故障診斷的經(jīng)典應(yīng)用，其適用性主要是。
（1）從裝備使用來講，由于自動供輸彈系統(tǒng)較為復(fù)雜，構(gòu)件大且緊湊，不易拆卸，故障部位不易察覺，通常只能看到彈藥卡滯、射擊停止的結(jié)果，很難確定故障部位和程度，找準故障根源，實行射擊前的在線測試和裝配質(zhì)量診斷有重要的實際意義。
（2）從供輸彈機構(gòu)原理、研制生產(chǎn)過程和零部件裝配關(guān)系來看，自動供輸彈系統(tǒng)機（結(jié)）構(gòu)復(fù)雜緊湊，高度集成，包括動力驅(qū)動、機械機構(gòu)傳動和機電系統(tǒng)檢測控制幾個方面，相互配合稍有差異便會停射卡滯，早期裂紋更是難以發(fā)現(xiàn)，甚至?xí)斐砂踩鹿?。自動供輸彈系統(tǒng)構(gòu)件較大，裝配制造工藝容易出現(xiàn)多種缺陷，進行射前在線檢測裝配質(zhì)量可以及早發(fā)現(xiàn)問題，避免射擊過程中出現(xiàn)卡彈等故障。
（3）供輸彈機構(gòu)的多跨點傳遞函數(shù)（頻響函數(shù)）是系統(tǒng)的固有特性，供輸彈機構(gòu)一經(jīng)裝配成型進入射前狀態(tài)，就將完全確定。一臺裝配質(zhì)量良好的供輸彈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)固有特性可以在實彈射擊之前完整獲得，可能出現(xiàn)的裝配缺陷也能提前獲取其固有特性的差異并進行定量描述，其特征和規(guī)律可存儲于專用診斷裝置中，也可通過通訊接口進入供輸彈裝備的故障診斷系統(tǒng)中。診斷模型和診斷方法在供輸彈系統(tǒng)研制結(jié)束時已事前完成，并成為供輸彈系統(tǒng)的一部分，實彈射擊前按程序走一遍，即可發(fā)現(xiàn)裝配質(zhì)量問題以便及早排除。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種供輸彈機構(gòu)裝配質(zhì)量的聲振監(jiān)測與缺陷定位方法，解決火炮自動供輸彈系統(tǒng)機構(gòu)裝配質(zhì)量、缺陷故障診斷中存在的技術(shù)問題。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：供輸彈機構(gòu)裝配質(zhì)量的聲振監(jiān)測與缺陷定位方法，包括以下步驟：
a、分析研究特定供輸彈機構(gòu)常見松動卡滯與損傷類故障的形式與部位、裝配質(zhì)量常見問題及缺陷發(fā)展變化情況，確定動態(tài)參數(shù)監(jiān)測方案，建立測點優(yōu)化模型；
b、在裝配工房構(gòu)建包括激勵力傳感器、聲壓傳感器和振動加速度計為監(jiān)測手段的多通道綜合數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，開展實驗室階段的供輸彈機構(gòu)裝配質(zhì)量的定性與定量研究；
c、通過測試供輸彈系統(tǒng)各機構(gòu)的多個跨點導(dǎo)納，分析結(jié)構(gòu)各跨點導(dǎo)納中的頻率值、阻尼信息及其變化規(guī)律；
d、提取各頻響特性曲線的多種特征參數(shù)，定量描述損傷、松動和卡滯類缺陷特性，試驗確定各類缺陷及其位置對各階特征參數(shù)的影響；
e、對所采集的激勵力信號、振動響應(yīng)信號和聲壓信號做時域和頻域分析，做小波變換和emd分析，結(jié)合信息熵理論進行多種特征參量提取，運用pso理論和方法，進行特征參量集的優(yōu)化；
f、對于微弱的早期缺陷，包括微小裂紋、初始松動和緊固力不足，通過對具體供輸彈機構(gòu)在實驗室條件下的多批次量化實驗，比較所提取特征值產(chǎn)生殘差的概率密度，利用k-l散度的高靈敏性確定微弱早期裂紋、裝配缺陷、松動等故障信息并進行量化和統(tǒng)計學(xué)分類分析；
g、將機構(gòu)性能良好的初始特征值φj0預(yù)存在處理軟件模型內(nèi)，采用差異比較法，與運行一段時間或擱置、修理、重裝后準備實彈射擊的待檢機構(gòu)所獲取的特征值φji進行比對，分析供輸彈機構(gòu)潛在的裝配質(zhì)量問題；
h、在確定供輸彈機構(gòu)出現(xiàn)裝配質(zhì)量問題的情況下，采用深度學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法自動尋找缺陷故障的發(fā)生位置，根據(jù)特征值的變化規(guī)律和變異程度采用相對熵和能譜技術(shù)量化供輸彈機構(gòu)的缺陷故障的嚴重程度。
在所述的步驟d中，各頻響特性曲線的特征參數(shù)包括各階固有頻率fi、阻尼比ζi、峰值ai、譜峭度ξi、品質(zhì)因子qi和奇異值δi。
包括沖擊激勵傳感器和聲、振響應(yīng)傳感器，所述沖擊激勵傳感器和聲、振響應(yīng)傳感器設(shè)置在自動供輸彈系統(tǒng)的幾個主要機構(gòu)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的兩端，用于感應(yīng)主要機構(gòu)松動、損傷、撞擊點和重摩擦部位產(chǎn)生的聲、振響應(yīng)信號。
使用小型嵌入式多路數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)同步采集沖擊激勵和聲、振響應(yīng)信號并記錄，然后進行缺陷故障特征的分類篩選，實現(xiàn)缺陷故障的定位與定量。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果是：本發(fā)明充分利用供輸彈機構(gòu)固有特性在實彈射擊之前可以提早獲取，并容易存儲在供輸彈系統(tǒng)的控制軟件中。不但在研制生產(chǎn)中可配合裝配過程進行裝配性能監(jiān)測和調(diào)整，也可在實彈射擊之前作為例行檢查保養(yǎng)，及早發(fā)現(xiàn)裝配質(zhì)量和缺陷，以防止出現(xiàn)射擊中的卡滯停射甚至安全故障。本發(fā)明在已有的多信息全自動控制的條件下，彌補現(xiàn)有利用外置傳感器測試響應(yīng)數(shù)據(jù)進行故障診斷的相關(guān)技術(shù)的不足，提供一種利用結(jié)構(gòu)固有特性微量變化提前預(yù)示結(jié)構(gòu)潛在故障的技術(shù)，變實彈射擊監(jiān)測診斷故障為射前檢查防止故障發(fā)生的常規(guī)故障診斷方法。該方法將供輸彈機構(gòu)固有特性的識別結(jié)果和檢測診斷模型，加入到裝配質(zhì)量缺陷診斷系統(tǒng)中，進而對中大口徑火炮自動供輸彈系統(tǒng)的裝配質(zhì)量進行綜合分析處理并加以定位定量診斷。
附圖說明
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明。
圖1為本發(fā)明的流程圖示意圖。
具體實施方式
本發(fā)明供輸彈機構(gòu)裝配質(zhì)量的聲振監(jiān)測與缺陷定位方法，包括以下步驟：
a、分析研究特定供輸彈機構(gòu)常見松動卡滯與損傷類故障的形式與部位、裝配質(zhì)量常見問題及缺陷發(fā)展變化情況，確定動態(tài)參數(shù)監(jiān)測方案，建立測點優(yōu)化模型；
b、在裝配工房構(gòu)建包括激勵力傳感器、聲壓傳感器和振動加速度計為監(jiān)測手段的多通道綜合數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，開展實驗室階段的供輸彈機構(gòu)裝配質(zhì)量的定性與定量研究；
c、通過測試供輸彈系統(tǒng)各機構(gòu)的多個跨點導(dǎo)納，分析結(jié)構(gòu)各跨點導(dǎo)納中的頻率值、阻尼信息及其變化規(guī)律；
d、提取各頻響特性曲線的多種特征參數(shù)，定量描述損傷、松動和卡滯類缺陷特性，試驗確定各類缺陷及其位置對各階特征參數(shù)的影響；
e、對所采集的激勵力信號、振動響應(yīng)信號和聲壓信號做時域和頻域分析，做小波變換和emd分析，結(jié)合信息熵理論進行多種特征參量提取，運用pso理論和方法，進行特征參量集的優(yōu)化；
f、對于微弱的早期缺陷，包括微小裂紋、初始松動和緊固力不足，通過對具體供輸彈機構(gòu)在實驗室條件下的多批次量化實驗，比較所提取特征值產(chǎn)生殘差的概率密度，利用k-l散度的高靈敏性確定微弱早期裂紋、裝配缺陷、松動等故障信息并進行量化和統(tǒng)計學(xué)分類分析；
g、將機構(gòu)性能良好的初始特征值φj0預(yù)存在處理軟件模型內(nèi)，采用差異比較法，與運行一段時間或擱置、修理、重裝后準備實彈射擊的待檢機構(gòu)所獲取的特征值φji進行比對，分析供輸彈機構(gòu)潛在的裝配質(zhì)量問題；
h、在確定供輸彈機構(gòu)出現(xiàn)裝配質(zhì)量問題的情況下，采用深度學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法自動尋找缺陷故障的發(fā)生位置，根據(jù)特征值的變化規(guī)律和變異程度采用相對熵和能譜技術(shù)量化供輸彈機構(gòu)的缺陷故障的嚴重程度。
在所述的步驟d中，各頻響特性曲線的特征參數(shù)包括各階固有頻率fi、阻尼比ζi、峰值ai、譜峭度ξi、品質(zhì)因子qi和奇異值δi。
包括沖擊激勵傳感器和聲、振響應(yīng)傳感器，所述沖擊激勵傳感器和聲、振響應(yīng)傳感器設(shè)置在自動供輸彈系統(tǒng)的幾個主要機構(gòu)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的兩端，用于感應(yīng)主要機構(gòu)松動、損傷、撞擊點和重摩擦部位產(chǎn)生的聲、振響應(yīng)信號。
使用小型嵌入式多路數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)同步采集沖擊激勵和聲、振響應(yīng)信號并記錄，然后進行缺陷故障特征的分類篩選，實現(xiàn)缺陷故障的定位與定量。
本發(fā)明利用結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)信號分析并確定供輸彈系統(tǒng)構(gòu)件損傷類故障的方法，構(gòu)建包括激勵力傳感器、聲壓傳感器和振動加速度計為主要監(jiān)測手段的多通道綜合數(shù)據(jù)采集與信號分析系統(tǒng)，根據(jù)對不同結(jié)構(gòu)的供輸彈系統(tǒng)常見缺陷故障或可能的潛在裝配質(zhì)量問題的分析，初步確定激勵和響應(yīng)點位置，要求所形成的跨點導(dǎo)納（跨點頻響函數(shù)）能夠覆蓋可能的缺陷與故障。然后利用試敲法，得出多個不同位置的跨點導(dǎo)納，從其中優(yōu)化出既能覆蓋主要供輸彈機構(gòu)的潛在故障的激勵響應(yīng)對，又能涵蓋較多的運動和裝配環(huán)節(jié)。在優(yōu)選了測試激勵點和響應(yīng)點之后，對實時采集的供輸彈系統(tǒng)構(gòu)件的激勵信號、振動與聲壓響應(yīng)信號，做出供輸彈機構(gòu)的多個跨點導(dǎo)納。分析結(jié)構(gòu)各跨點導(dǎo)納中的頻率值、阻尼信息及其變化規(guī)律。提取敏感的故障特征信息，運用pso理論和方法，對復(fù)雜供輸彈系統(tǒng)沖擊振動響應(yīng)信號的特征參量提取技術(shù)與特征參量集進行優(yōu)化，從而進行供輸彈機構(gòu)裝配質(zhì)量監(jiān)測與缺陷故障定位定量；本發(fā)明可廣泛用于供輸彈系統(tǒng)由于裝配質(zhì)量引起故障的在線診斷。
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細的闡述：
1、首先分析火炮自動供輸彈系統(tǒng)的常見故障，明確哪些故障與裝配質(zhì)量有關(guān)。針對具體的供輸彈系統(tǒng)，研究完整的供輸彈機構(gòu)運行原理；分析供輸彈機構(gòu)產(chǎn)生停射、卡滯的主要部位和故障機理，研究供輸彈系統(tǒng)所具有的幾大機構(gòu)的運動規(guī)律。研究裝配質(zhì)量問題。
2、在自動供輸彈系統(tǒng)的幾個主要機構(gòu)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的兩端布置沖擊激勵和聲、振響應(yīng)傳感器，測點要求盡可能靠近交接彈藥位置，可敏感主要機構(gòu)撞擊點和重摩擦部位產(chǎn)生的聲、振響應(yīng)信號。聲壓傳感器和振動加速度計都選用icp型，直接輸出電壓信號無需轉(zhuǎn)換，信號的有效頻率范圍不低于1khz。激勵力信號選用尼龍錘頭后接icp型力傳感器，激勵的有效頻率范圍接近1khz。然后使用小型嵌入式多路數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)同步采集沖擊激勵和聲、振響應(yīng)信號并記錄。
3、利用小型嵌入式多路數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)中預(yù)先編制的信號濾波等處理軟件，先對沖擊力和聲、振響應(yīng)信號進行篩選和預(yù)處理，消除基線漂移和剔除個別過載的異常信號。
4、對采集記錄的時域信號建立激勵和各響應(yīng)信號的頻響函數(shù)關(guān)系模型，提取頻響函數(shù)hpl(f)的各種特征參數(shù)，包括各階固有頻率fi，阻尼比ζi，峰值ai，譜峭度ξi，品質(zhì)因子qi，奇異值δi等。
5、利用智能優(yōu)化算法，針對具體供輸彈機構(gòu)，確定優(yōu)化目標(biāo)——包含盡可能多的機構(gòu)固有特性，優(yōu)化激勵和響應(yīng)測點位置。根據(jù)各特征值對裝配缺陷的敏感度，從眾多的特征值中優(yōu)化出靈敏的特征值。
6、對于微弱的早期缺陷，包括微小裂紋、初始松動、緊固力不足等，通過對具體供輸彈機構(gòu)在實驗室條件下的多批次量化實驗，比較所提取特征值產(chǎn)生殘差的概率密度，利用kullback-leibler散度的高靈敏性確定微弱早期裂紋、裝配缺陷、松動等故障信息并進行量化和統(tǒng)計學(xué)分類分析。
7、采用差異比較法，將機構(gòu)性能良好的初始特征值（預(yù)存在處理軟件模型內(nèi)）與運行一段時間或擱置、修理、重裝后準備實彈射擊的待檢機構(gòu)所獲取的特征值進行比對，分析供輸彈機構(gòu)可能存在的裝配質(zhì)量問題。
8、在確定供輸彈機構(gòu)出現(xiàn)裝配質(zhì)量問題的情況下，采用深度學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法自動尋找缺陷故障的發(fā)生位置，根據(jù)特征值的變化規(guī)律和變異程度采用相對熵和能譜技術(shù)量化供輸彈機構(gòu)的缺陷故障的嚴重程度。
上述供輸彈機構(gòu)裝配質(zhì)量的聲振監(jiān)測與缺陷定位方法的流程如附圖1所示。
上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。