机械工程学报

作者：梁思羽, 刘广军, 陈涛, 赫连勃勃, 王云飞

单位：1. 同济大学机械与能源工程学院 上海 200092;2. 哈尔滨理工大学机械动力工程学院 哈尔滨 150080;3. 卡尔斯鲁厄理工学院移动机械研究所 卡尔斯鲁厄 76131 德国;4. 上海建筑机械安全智能控制工程技术研究中心 上海 200032

关键词：碳纤维增强基复合材料,毛刺,形态学,钻削,图像处理；

基金：国家自然科学基金资助项目(51875412)。

制孔加工是CFRP构件机加工处理的常用手段，加工孔的质量直接影响到构件连接强度、装配精度和内应力，对结构整体质量至关重要。但是，由于CFRP特有的不均匀性与各向异性，钻削加工过程中，纤维的断裂与材料的去除具有随机性和不稳定性，由此导致成孔周围普遍存在毛刺缺陷，进而影响加工质量。因此，对CFRP成孔毛刺的识别、评价与控制意义重大。本研究提出了基于极坐标映射的图像处理方法，在保留成孔毛刺原始特征的基础上，排除图像平移、旋转和缩放的影响，提高缺陷识别与评价的便利性；然后，建立了基于伪频谱的成孔轮廓曲线参数化评价方法，通过自然坐标系下成孔轮廓曲线的切向量方向角函数的伪频谱对毛刺现象进行量化；最后，通过实验对提出的理论和方法进行了验证。结果指出，在轮廓曲线伪频谱中，峰值频率能有效反映毛刺尺度，总功率能有效反映毛刺整体数量，钻削过程中纤维切削角将影响毛刺的形态，适当提高主轴转速、减小进给率能有效降低毛刺缺陷。本研究提出的CFRP成孔图像处理方法和毛刺评价指标具备可观的准确性和有效性，有望应用于CFRP构件钻削工艺在线监测等领域，提高成孔质量分析的可靠性和便利性。

来源：2025年第7期

《机械工程学报》期刊编辑部

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