玻璃的激光诱导热裂切割质量声发射信号监测技术研究

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作者：

郭海涛

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摘要：

随着各个领域对玻璃切割质量的要求越来越高,激光诱导热裂切割技术相对于传统切割有很大优势,但在切割过程中裂纹扩展轨迹会偏离预定的路径。若要改善这种偏离现象,切割时需要通过对裂纹扩展状态的实时监测来确定补偿策略,因此对裂纹扩展状态的实时监测至关重要,而声发射作为一种无损检测方法在此方面有着巨大的优势。 本文以裂纹扩展状态的准确判断及裂纹精确定位为目标,通过理论分析和试验等手段,对裂纹扩展状态的实时监测开展深入研究。 首先,针对激光诱导热裂切割玻璃过程中产生的声发射信号,采用声发射参数、模态声发射、小波分析及时频分析等方法对其进行了分析处理,确定了声发射信号处理的具体过程。计算了声发射在玻璃板中传播的频散曲线,在此基础上确定了小波包分析时所需要的合理参数,同时确定了合适的时频分析方法,为实验中声发射信号处理方法的选择提供了理论依据。 其次,从平面时差定位算法分析着入手,找到了影响声发射源定位精度的因素,并分析了形状因子和测量因子对定位精度的影响,最终实现了传感器的优化布置。同时设计了一种快捷、方便、高效的传感器安装方案以及选择了合适的声发射仪技术参数,完成了实验系统的搭建。 最后,进行了激光诱导热裂切割玻璃裂纹扩展监测实验。通过实验提取了声发射信号的时域、频域及时频域的特征,同时可以通过幅度随时间历程图及能量-幅度关联图中幅度大、能量强的信号可以辨识裂纹扩展各阶段;通过对上下表面采集的裂纹故障点信号进行时频分析,验证了传感器布置在下表面的正确性;结合板波理论,利用时差定位法及光滑伪Wigner-Vile时频分析定位法,实现了对裂纹故障点的定位;通过对定位误差分析,给出了相应的改善措施。 通过研究表明,声发射技术能够实时准确地监测裂纹裂纹扩展的状态,为以后通过补偿方法来改善玻璃切割质量提供技术支持。

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关键词：

玻璃工业 激光诱导热裂切割 质量控制 声发射信号 实时监测