基于三维行走机构的超声波声强场重构技术研究

论文摘要

近年来,超声波技术早已应用于工业领域的方方面面,在除垢、清洗、催化等方面有着广阔的发展空间。在超声波除垢方面,利用了超声波在液体中产生的空化效应。超声波在液体中发生空化效应时,能对污渍进行清洗。声强较强的位置的能量较大,污渍剥离效果更强。所以在实际应用中,需要确定清洗槽中的声强场分布,根据声强分布摆放器件,这样才能够对器件的清洗效果达到高效率。针对目前存在的测量声强点有位手动测居多,并且尚无对声强场插值重构有一个好的方法等方面,本文展开了如下相应的研究:(1)为了能够高效率高精度的测量出分布点的声强以及其他更多的信息,本文搭建了一套三维行走机构。行走机构的运动通过步进电机驱动电动滑台,电机驱动器采用THB7128驱动器,主控芯片采用K60。开发了下位机软件,实现了手动微调和精确定位的功能,同时开发了上位机软件,实现了对机构行走路径的设定及自动行走功能。(2)利用行走机构和超声波工具头测得所需数据之后,利用三维重构算法对其进行重构。本文采用了对测得的声强数据进行反距离加权插值重构的方法,并将该方法与目前常用的正弦插值重构方法进行对比。(3)最后本文提出了基于遗传算法的径向基函数插值算法对声强场进行三维重构。在遗传算法中有三个基本因子,分别为选择、交叉和变异。径向基函数有许多种可以选择,本设计中采用逆MQ函数。通过对比应用于声强重构的正弦插值算法,在重构图形、插值与真实值方差和重构时间上进行分析,得知基于遗传算法的径向基函数插值算法的方案更容易判断,并且得到的方差最小,图像更接近实际声强场分布,性能最好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 课题研究背景及意义
•     1.1.1 课题研究背景
•     1.1.2 课题研究意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 国外研究现状
•     1.2.2 国内研究现状
•   1.3 空间插值方法的选取
•     1.3.1 正弦插值的介绍
•     1.3.2 拉格朗日插值的介绍
•     1.3.3 样条函数法
•   1.4 本文研究内容
•   1.5 本章小结
• 第2章 超声基础知识及重构性能指标
•   2.1 超声波知识介绍
•     2.1.1 超声波基础知识
•     2.1.2 超声声场介绍
•     2.1.3 超声波的衰减
•   2.2 超声振动设备介绍
•     2.2.1 超声波发生器
•     2.2.2 超声波换能器
•     2.2.3 超声波变幅杆
•     2.2.4 超声波清洗机
•   2.3 超声波声场测量方法
•     2.3.1 声压法
•     2.3.2 双水听器法
•   2.4 声强场重构性能评价指标
•   2.5 本章小结
• 第3章 三维行走机构系统设计与实现
•   3.1 硬件组成与设计
•     3.1.1 步进电机及其驱动简介
•     3.1.2 三轴行程装置
•     3.1.3 行走机构三轴定位底板设计
•     3.1.4 K60芯片介绍
•     3.1.5 通信模块
•   3.2 下位机软件设计
•     3.2.1 下位机软件整体框架设计
•     3.2.2 操作模式以及精度控制设计
•     3.2.3 手动微调模式的实现
•     3.2.4 精确定位模式的实现
•     3.2.5 按键模块功能
•     3.2.6 屏幕显示模块
•     3.2.7 对行走机构的调试
•   3.3 上位机软件设计
•     3.3.1 界面设计与逻辑设计
•     3.3.2 上下位机通讯实现
•   3.4 设定行走机构路径的设计
•   3.5 行走机构性能参数设定
•   3.6 本章小结
• 第4章 基于反距离加权插值的三维重构法
•   4.1 反距离加权插值算法原理
•   4.2 实验准备工作
•   4.3 基于反距离加权插值的三维重构实验
•   4.4 基于正弦插值法的三维重构实验
•   4.5 两种重构实验结果的分析
•   4.6 本章小结
• 第5章 基于遗传算法的径向基函数三维重构法
•   5.1 遗传算法原理
•     5.1.1 遗传算法的基本概念
•     5.1.2 遗传算法的主要步骤
•     5.1.3 遗传算法的参数控制
•   5.2 基于径向基函数重构原理
•     5.2.1 径向基函数基础
•     5.2.2 径向基函数插值
•   5.3 基于遗传算法的径向基函数声强重构方法
•   5.4 基于遗传算法的径向基函数声强重构实验
•   5.5 对于不同插值算法的实验分析对比
•   5.6 本章小结
• 第6章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨家栋

导师: 赵晓东

关键词: 机械控制,行走机构搭建,软件设计,声强重构,超声清洗,遗传算法

来源: 杭州电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,工业通用技术及设备,机械工业

单位: 杭州电子科技大学

分类号: TB559;TH112

总页数: 71

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