專利名稱：一種刀具失效綜合監(jiān)控方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及切削過程刀具失效的實(shí)時(shí)監(jiān)控方法與裝置。
切削過程刀具失效的在線、實(shí)時(shí)、高精度、可靠的監(jiān)控方法與裝置的研究與開發(fā)是適應(yīng)高速、高效與柔性自動(dòng)化加工技術(shù)和現(xiàn)代制造系統(tǒng)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)切削過程監(jiān)控，過程質(zhì)量保障，切削過程動(dòng)態(tài)優(yōu)化，自適應(yīng)控制和大型、貴重件的加工設(shè)備與工件安全保障等所必備的、重要而又急待解決的課題。
近幾年來利用聲發(fā)射信號(hào)實(shí)現(xiàn)了刀具崩刃破損實(shí)時(shí)監(jiān)視，但刀具磨損的實(shí)時(shí)監(jiān)視還不能滿足工作精度、穩(wěn)定性和易于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用等要求?；诠鈱W(xué)圖象，接觸與放射線的直接方法的監(jiān)視系統(tǒng)仍難于實(shí)用化，或無法完成實(shí)時(shí)監(jiān)視;以力/力矩為代表的磨損監(jiān)視法，雖經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證或其原理可行，但仍未解決傳感檢測(cè)裝置實(shí)用化與確定閾值的難點(diǎn);基于功率/電流法的磨損監(jiān)視法受限制于靈敏度低;聲發(fā)射或振動(dòng)刀具磨損監(jiān)視法還未找到有效的信號(hào)特征參數(shù)，尚無法實(shí)現(xiàn)高精度，可靠的實(shí)時(shí)監(jiān)視;80年代后期開始的多傳感信息融合(fusion)法的研究雖已可在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)刀磨損監(jiān)視，但所用的DMGH(成組數(shù)據(jù)處理法)和NN(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))監(jiān)視識(shí)別法還無法實(shí)用化，其突出的問題是如何減少訓(xùn)練次數(shù)，如何適應(yīng)多品種小批量或單件加工場(chǎng)合應(yīng)用。另一個(gè)基本問題是他們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)刀具磨損值實(shí)時(shí)校準(zhǔn)(標(biāo)定)以完成磨損值的監(jiān)視與預(yù)報(bào)。同時(shí)現(xiàn)有多感知檢測(cè)傳感信號(hào)和信號(hào)處理及識(shí)別的信息計(jì)算量大，勢(shì)必要求增加硬件成本和采用較高檔次的微型計(jì)算機(jī)，導(dǎo)至監(jiān)控儀的總成本增加。因此，刀具磨損實(shí)時(shí)監(jiān)視的研究雖一直不停頓地在進(jìn)行，但還不能滿足要求，還不能實(shí)用化。中國(guó)專利，專利號(hào)89100419.x利用模糊識(shí)別，分級(jí)統(tǒng)計(jì)和記分函數(shù)法達(dá)到了聲發(fā)射(AE)車削刀具崩刃破損的高精度實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)刀具異常磨損有一定的監(jiān)視功能。該專利由AE傳感器，多級(jí)濾波器，前、主放大器，微型計(jì)算機(jī)接口電路，報(bào)警輸出和交聯(lián)接口電路及利用模糊判斷模型程序的微型計(jì)算機(jī)所組成。其工作原理為用AE傳感器獲取切削過程AE聲源的AE信號(hào)，對(duì)該信號(hào)進(jìn)行處理后得到“振鈴記數(shù)”，“事件記數(shù)”，“一，二次包絡(luò)檢波波峰最大幅值”，“二次包絡(luò)檢波波延續(xù)時(shí)間”，“一次包絡(luò)檢波波形變化率”“等六個(gè)參數(shù)，并根據(jù)專家知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)建立的模糊識(shí)別判斷規(guī)則對(duì)六個(gè)參數(shù)的數(shù)值進(jìn)行模糊分級(jí)統(tǒng)計(jì)，按記分函數(shù)法分別給出每一級(jí)的分?jǐn)?shù)值，然后依據(jù)各參數(shù)對(duì)刀具破損影響的程序，按規(guī)則表達(dá)式進(jìn)行判斷，求解結(jié)論。中國(guó)專利，專利號(hào)89108832.6，利用刀具破損與異常時(shí)的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行多變參數(shù)統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別來監(jiān)視刀具工況。該專利由聲發(fā)射信號(hào)檢測(cè)與預(yù)處理單元，信號(hào)與通用微處理機(jī)接口單元，微處理機(jī)、顯示器、交聯(lián)傳輸與報(bào)警輸出單元以及抗干擾電源所組成。其工作原理為，用AE傳感器獲取切削過程AE源的AE信號(hào)，對(duì)該信號(hào)進(jìn)行處理后得到“振鈴記數(shù)”，“一次包絡(luò)信號(hào)的峰值”，“一次包絡(luò)信號(hào)峰值記數(shù)”，“一次包絡(luò)信號(hào)幅值的均值”，“一次包絡(luò)信號(hào)的微分峰峰值”，“二次包絡(luò)信號(hào)的峰值”，“二次包絡(luò)信號(hào)波延續(xù)時(shí)間”等七個(gè)參數(shù)的數(shù)值進(jìn)行多變參數(shù)的統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別，根據(jù)決策線(面)把不同的Y值分為兩類(正常和異常)，實(shí)現(xiàn)多種刀具破損或其工況異常的綜合監(jiān)視。該兩項(xiàng)專利對(duì)車刀及其它多種刀具的崩刃破損或切削工況異常可實(shí)現(xiàn)高精度可靠的實(shí)時(shí)監(jiān)視，但它們共同的不足之處是(1)還不能實(shí)時(shí)監(jiān)視刀具磨損，(2)未能把刀具三種主要失效型式-磨損，破損和刀刃塑變(卷刃)進(jìn)行綜合的實(shí)時(shí)監(jiān)視，(3)不能預(yù)報(bào)刀具磨損與破損。
本發(fā)明的目的在于提供一種適用于多種刀具的自動(dòng)化機(jī)床連續(xù)工作時(shí)刀具多種失效型式-磨損，破損刀刃塑變綜合實(shí)時(shí)監(jiān)視，響應(yīng)速度快，工作精度高，抗瞬態(tài)干擾力強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)刀具磨損與破損預(yù)報(bào)的聲發(fā)射與/或切削振動(dòng)，刀具綜合監(jiān)視方法與監(jiān)視裝置。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種用刀具破損、刀刃塑變和磨損時(shí)的聲發(fā)射與/或切削過程振動(dòng)信號(hào)來監(jiān)視刀具多種失效工況的方法，其具體內(nèi)容為，由聲發(fā)射與/或振動(dòng)通過傳感器(復(fù)合或集成傳感器)獲取行(選字表)和數(shù)字鍵選擇鍵入，選字表中依使用頻率的高低列入4位角碼相同的全部漢字。因此，利用角碼輸入漢字的一般鍵入方式為(角碼+數(shù)字鍵)結(jié)束。若輸入的漢字為選字表中居首位的字，則無需數(shù)字選擇。當(dāng)重碼字超過10個(gè)時(shí)，可利用輸入鍵盤的
鍵或光標(biāo)移動(dòng)鍵
翻頁查找后選擇鍵入。
2、拼角碼的鍵入漢字的拼角碼(3位碼)可利用主鍵盤中的23個(gè)拼音字母鍵和左右兩側(cè)共20個(gè)角形碼鍵直接鍵入。
拼角碼也是有重碼字的方案，利用拼角碼編碼法對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中收錄的6588個(gè)漢字編拼角碼1772個(gè)，其重碼率為3.7字/碼。重碼字利用選字表和數(shù)字鍵選擇鍵入，選字表中依漢字使用頻率的高低列入3位拼角碼相同的全部漢字。因此，利用拼角碼輸入漢字的一般鍵入方式為(拼角碼+數(shù)字鍵)結(jié)束。若輸入的漢字為選字表中居首位的字，則無需數(shù)字選擇。當(dāng)重碼字超過10個(gè)時(shí)，仍采用翻頁查找后選擇鍵入的方法。
為了減少輸入漢字時(shí)的擊鍵次數(shù)，提高輸入速度，可對(duì)拼角碼建立一級(jí)簡(jiǎn)碼和二級(jí)簡(jiǎn)碼選字表。一級(jí)簡(jiǎn)碼選字表中只依次列入10個(gè)首位拼角碼相同(即首位拼音字母相同)的常用漢字，其一般鍵入方式為(首位拼音碼+數(shù)字鍵)結(jié)束。如果輸入的漢字為一級(jí)簡(jiǎn)碼選字表中居首位的常用漢字，也可采用f首位拼音碼+空格鍵)結(jié)束的鍵人方式。二級(jí)簡(jiǎn)碼選字表中也只依次列入10個(gè)前兩位拼角碼相同(即首位拼音碼和第二位角形碼相同)的常用漢字，<p>③V字母鍵定義為連拼碼起始鍵，連拼碼的鍵入方式為(V+連拼碼+空格鍵)結(jié)束。
2、數(shù)字鍵盤(副鍵盤)副鍵盤的10個(gè)數(shù)字鍵兼作角形碼鍵，其中9字鍵定義為“”角形碼鍵，8字鍵定義為“一”角形碼鍵，7字鍵定義為“”角形碼鍵，6字鍵定義為“”角形碼鍵，5字鍵定義為“√”角形碼鍵，4字鍵定義為“丿”角形碼鍵，3字鍵定義為“”角形碼鍵，2字鍵定義為“丨”角形碼鍵，1字鍵定義為“”角形碼鍵，上述各角形碼與相應(yīng)的阿拉伯?dāng)?shù)字同時(shí)標(biāo)明在各鍵位上，0字鍵定義為上述9個(gè)角形碼以外的角形碼鍵。副鍵盤中數(shù)字鍵與角形碼鍵的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3所示。
表3
五、鍵入方式1、角碼的鍵入漢字的角碼(4位碼)利用副鍵盤中的10個(gè)數(shù)字鍵(或角形碼鍵)直接鍵入。
角碼是有重碼字的方案，有的重碼字還比較多。采用角碼編碼法對(duì)商務(wù)印書館1979年版《新華字典》收錄的9907個(gè)漢字共編角碼1591個(gè)，重碼率為6.2字/碼。重碼字可利用輸入鍵盤的顯示Theory)的方法，建造了基于上述融合模型的刀具失效勢(shì)函數(shù)一突變模型，利用其微分流形(平衡曲面，即刀具壽命勢(shì)函數(shù)的微分曲面)的突變特征，提出刀具失效過程突變具有多模態(tài)，突跳、滯后、不可達(dá)和發(fā)散等性態(tài)特征，從而找到了刀具失效型式突變的轉(zhuǎn)換特征值｜Uo｜。當(dāng)｜U｜＜｜Uo｜時(shí)，刀具在切削過程中不會(huì)發(fā)生突變，即崩刃破損或刀刃塑變，只有在｜U｜＞｜Uo｜時(shí)，刀具將在退化臨界點(diǎn)(刀具壽命勢(shì)函數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)為零處)附近才可能發(fā)生狀態(tài)突變一崩刃破損或刀刃塑變。利用上述融合模型勢(shì)函數(shù)的微分流形和交叉集可以預(yù)報(bào)刀具崩刃破損或刀刃塑變的發(fā)生，而輔之于自相似分析算法對(duì)刀具磨損值自動(dòng)標(biāo)定(校準(zhǔn))就可以實(shí)現(xiàn)刀具磨損值VB的預(yù)報(bào)。
說明附圖如下圖1為聲發(fā)射(AE)與振動(dòng)信號(hào)多級(jí)(階段)提取原理與參數(shù)2為車/立銑刀磨損多項(xiàng)式回歸擬合曲線圖a為一次回歸曲線b為二次回歸曲線c為三次回歸曲線d為四次回歸曲線圖3為車/立銑刀磨損-破損(塑變)多項(xiàng)式回歸擬合曲線圖a為一次回歸曲線b為二次回歸曲線c為三次回歸曲線d為四次回歸曲線圖4為刀具失效突變模型的微分流行5為聲發(fā)射/振動(dòng)融合車/立銑刀具失效綜合監(jiān)控儀工作原理6為聲發(fā)射車/立銑刀具失效綜合監(jiān)控儀工作原理7為聲發(fā)射/振動(dòng)融合車/立銑刀具失效綜合監(jiān)控儀軟件框8聲發(fā)射車/立銑刀具失效綜合監(jiān)控信儀軟件框9為車/立銑刀具失效綜合監(jiān)控儀系統(tǒng)框10為前置放大器電路原理11為主放大器電路原理12為帶通濾波電路原理13為振鈴形成電路原理14為一次包絡(luò)形成電路原理15為信號(hào)處理單元電路原理圖。其中Ⅰ為可編程放大器電路原理圖Ⅱ?yàn)槎伟j(luò)形成電路原理圖Ⅲ為微分電路原理圖Ⅳ為一次包絡(luò)峰值記數(shù)電路原理圖結(jié)合


本發(fā)明的工作原理如下本發(fā)明所采用的聲發(fā)射(AE)信號(hào)和切削過程振動(dòng)信號(hào)的特征參數(shù)集分以下三組，結(jié)合附圖1加以說明第一組表征刀具崩刃破損，刀刃塑變的特征參數(shù)1、振鈴記數(shù)N即在采樣時(shí)間間隔內(nèi)超過預(yù)置閾值的AE或振動(dòng)信號(hào)個(gè)數(shù)，該信號(hào)經(jīng)放大、濾波、整形和去除低于閾值電平(V01)的信號(hào)后獲得。
2、一次包絡(luò)信號(hào)是對(duì)AE或振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)檢波后所獲得的信號(hào)。
3一次包絡(luò)信號(hào)幅值的均值A(chǔ)1是在采樣時(shí)間間隔內(nèi)，一次包絡(luò)信號(hào)幅值的平均值。
4、一次包絡(luò)信號(hào)峰值A(chǔ)1m是在采樣時(shí)間內(nèi)一次包絡(luò)檢波信號(hào)幅值的峰值。
5、一次包絡(luò)信號(hào)的微分峰峰值dA1m是對(duì)一次包絡(luò)信號(hào)用微分電路進(jìn)行處理所得到的信號(hào)正峰值與負(fù)峰值絕對(duì)值之和。
6、二次包絡(luò)信號(hào)是將一次包絡(luò)信號(hào)經(jīng)低通濾波后形成的信號(hào)。
7、二次包絡(luò)信號(hào)的峰值A(chǔ)2m是在采樣時(shí)間內(nèi)二次包絡(luò)檢波信號(hào)幅值的峰值，即二次包絡(luò)信號(hào)的最大幅值。
8、一次包絡(luò)信號(hào)的峰值記數(shù)NA1是在采樣時(shí)間內(nèi)以二次包絡(luò)信號(hào)幅值的K倍(K由工況確定)作為閾值VH1，當(dāng)一次包絡(luò)峰值超過閾值時(shí)得行(選字表)和數(shù)字鍵選擇鍵入，選字表中依使用頻率的高低列入4位角碼相同的全部漢字。因此，利用角碼輸入漢字的一般鍵入方式為(角碼+數(shù)字鍵)結(jié)束。若輸入的漢字為選字表中居首位的字，則無需數(shù)字選擇。當(dāng)重碼字超過10個(gè)時(shí)，可利用輸入鍵盤的
鍵或光標(biāo)移動(dòng)鍵
翻頁查找后選擇鍵入。
2、拼角碼的鍵入漢字的拼角碼(3位碼)可利用主鍵盤中的23個(gè)拼音字母鍵和左右兩側(cè)共20個(gè)角形碼鍵直接鍵入。
拼角碼也是有重碼字的方案，利用拼角碼編碼法對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中收錄的6588個(gè)漢字編拼角碼1772個(gè)，其重碼率為3.7字/碼。重碼字利用選字表和數(shù)字鍵選擇鍵入，選字表中依漢字使用頻率的高低列入3位拼角碼相同的全部漢字。因此，利用拼角碼輸入漢字的一般鍵入方式為(拼角碼+數(shù)字鍵)結(jié)束。若輸入的漢字為選字表中居首位的字，則無需數(shù)字選擇。當(dāng)重碼字超過10個(gè)時(shí)，仍采用翻頁查找后選擇鍵入的方法。
為了減少輸入漢字時(shí)的擊鍵次數(shù)，提高輸入速度，可對(duì)拼角碼建立一級(jí)簡(jiǎn)碼和二級(jí)簡(jiǎn)碼選字表。一級(jí)簡(jiǎn)碼選字表中只依次列入10個(gè)首位拼角碼相同(即首位拼音字母相同)的常用漢字，其一般鍵入方式為(首位拼音碼+數(shù)字鍵)結(jié)束。如果輸入的漢字為一級(jí)簡(jiǎn)碼選字表中居首位的常用漢字，也可采用f首位拼音碼+空格鍵)結(jié)束的鍵人方式。二級(jí)簡(jiǎn)碼選字表中也只依次列入10個(gè)前兩位拼角碼相同(即首位拼音碼和第二位角形碼相同)的常用漢字，<claim>1、新型水平結(jié)構(gòu)模板體系屬于建筑腳手架類技術(shù)領(lǐng)域，由支柱1、梁2、模板3組成，其特征在于A、支柱1由柱頭6、柱體4、梁托5和雙槽銷9組成，柱頭6上端頂面為平面，柱頭6與梁托5主體為管狀呈
形，梁托5套在柱頭6上，柱頭6下端與柱體4上端同軸線的焊接固連，柱頭6與梁托5同方向即側(cè)平面上貫通有柱頭銷孔17和梁托銷孔18，梁托5的兩個(gè)側(cè)圓弧面上對(duì)稱處各有一對(duì)旁耳8，為上下對(duì)稱形狀，每對(duì)旁耳之間有托軸7，托軸7的軸線位于旁耳對(duì)稱線的下方，雙槽銷截面形狀為圓、方組合即
形，其中的方部是導(dǎo)軌14，雙槽銷左右對(duì)稱兩側(cè)各有2個(gè)側(cè)槽16；B、梁2中的梁頭10與梁體12焊接組成，梁頭10具有上下對(duì)稱的托軸槽11，梁體12截面為中空十字型，其四個(gè)凸出端中的上下兩個(gè)凸出端截面呈錐形，左右兩個(gè)凸出端即模板托13均呈矩形，模板托上下平面至梁體上下頂面的距離為不等的h和H。</claim><claim>2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型水平結(jié)構(gòu)模板體系，其特征在于柱頭銷孔17和梁托銷孔18的形狀都是圓、方組合的
形，其中柱頭銷孔的方部比梁托銷孔的方部長(zhǎng)。</claim><claim>3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型水平結(jié)構(gòu)模板體系，其特征在于梁體上下凸出端截面的錐形是上大下小形狀。</claim>以下變參數(shù)高次多項(xiàng)式最小二乘回歸擬合函數(shù)關(guān)系，即
式中bj為隨刀具工件材料，切削條件變化的變系數(shù)，j＝0，1，2，...，m.i＝1，2，...n，εi為殘差，εi＝y(tǒng)i-
i根據(jù)監(jiān)控技術(shù)要求，控制殘余均方差S
式中(yi-
i)為殘余誤差，N為抽樣件數(shù)，(N-2)為自由度，yi為實(shí)驗(yàn)值，
i為回歸值。按現(xiàn)有的刀具監(jiān)控要求，在大量正交切削實(shí)驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上的最小回歸結(jié)果證明一般取j＝3(即3次多項(xiàng)式)已足夠，如在車削或立銑加工中，當(dāng)j＝4比j＝3的擬合誤差≤2～7%。故一般車/立銑刀磨損/破損/刀刃塑變的融合模型可取。
y＝bo+b1x+b2x2+b3x3(3)其對(duì)應(yīng)的刀具失效勢(shì)函數(shù)V，即初等突變的標(biāo)準(zhǔn)型-對(duì)偶尖點(diǎn)突變V＝V(x)＝-x4+ux2+vx(4)式中x為刀具磨損值或當(dāng)量磨損值的坐標(biāo)變換值;u為表征對(duì)抗刀具失效各因素的特征參數(shù)的時(shí)變函數(shù)，在方程(4)中作為變參數(shù)，它包括了刀具材性與幾何特征、機(jī)床-刀具-工件系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和切削條件等因素的影響;v為表征促進(jìn)刀具失效各因素的特征參數(shù)的時(shí)變函數(shù)，在方程(4)中亦作為變參數(shù)，它包括切削負(fù)荷，切削用量，刀材缺陷，工件的可加工性，切削過程振動(dòng)，切削區(qū)溫升等因素的影響，V(x)是(3)式經(jīng)過必要變換后的積分結(jié)果。實(shí)驗(yàn)研究得到u可以選用前述第一組特征參數(shù)的組合來表達(dá)，v則可用第二組中之一個(gè)或兩個(gè)以上特征參數(shù)組合<p>新型水平結(jié)構(gòu)模板體系中的梁和支柱結(jié)構(gòu)為建筑工程施工節(jié)省了大量施工工具，加快了梁與模板的使用周期，而且梁和支柱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于推廣。
新型水平結(jié)構(gòu)模板體系的具體組成結(jié)構(gòu)及實(shí)施例由以下附圖和文字給出圖1是新型水平結(jié)構(gòu)模板體系裝配示意圖；圖2是支柱結(jié)構(gòu)示意圖，圖2.1是支柱結(jié)構(gòu)側(cè)視圖，圖2.2是支柱結(jié)構(gòu)A－A視圖，圖2.3是支柱結(jié)構(gòu)柱頭銷孔示意圖，圖2.4是梁托銷孔示意圖；圖3是梁結(jié)構(gòu)示意圖，圖3.1是梁體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是雙槽銷結(jié)構(gòu)示意圖。
新型水平結(jié)構(gòu)模板體系由支柱1、梁2、模板3組成，其中支柱1由柱頭6、柱體4、梁托5和雙槽銷9組成，柱頭6上端頂面為平面，柱頭6與梁托5主體為管狀呈
形，梁托5套在柱頭6上，柱頭6下端與柱體4上端同軸線地焊接固連，柱頭6與梁托5同方向即側(cè)平面上貫通有柱頭銷孔17和梁托銷孔18，梁托5的兩個(gè)側(cè)圓弧面上對(duì)稱處各有一對(duì)旁耳8，旁耳8為上下對(duì)稱形狀，每對(duì)旁耳之間有托軸7，托軸7的軸線位于旁耳對(duì)稱線的下方，即托軸軸線上部的旁耳面積大于托軸軸線下部的旁耳面積，梁托銷孔和柱頭銷孔的形狀都是圓、方組合的
形，其中柱頭銷孔的方部比梁托銷孔的方部長(zhǎng)；雙槽銷9截面形狀為圓、方組合的
形，其中的方部是導(dǎo)軌14，雙槽銷9截面形狀與梁托銷孔形狀相同，雙槽銷上的導(dǎo)軌14與梁托銷孔的方部相配防止雙槽銷在銷孔中的轉(zhuǎn)動(dòng)，雙槽銷左右對(duì)稱兩側(cè)各有2個(gè)側(cè)槽16，雙槽銷插入柱頭和梁托銷孔后其外露端的小端上有一定位塊15；梁2中的梁頭10與梁體12焊接組成，梁頭10具有2個(gè)上下對(duì)稱的托軸槽11，梁體12截面為中空十<p>式中
為發(fā)生破損或刀刃塑變前的預(yù)報(bào)值，即當(dāng)v＝
時(shí)發(fā)出突變預(yù)報(bào)信號(hào);vf為圖3f點(diǎn)對(duì)應(yīng)之v值，k為系數(shù)，k = (Vg - Ve)/(Vc - Ve) (5)vc，ve，vg為c，e，g點(diǎn)對(duì)應(yīng)之v值，g點(diǎn)根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定，它在[e，c)期間，(4)，對(duì)(4)式，或其一般式V(x)＝±x4+ux2+vX的攝動(dòng)證明，V(x)是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的。因此它保證了上述刀具失效現(xiàn)象及其性態(tài)特征是可以重復(fù)觀測(cè)的，即保證了基于上述原理的刀具失效監(jiān)視與控制是可以觀測(cè)，可以重現(xiàn)的。
按本發(fā)明的上述原理制成的聲發(fā)射/振動(dòng)刀具磨/破損綜合監(jiān)視儀工作原理如圖5和圖6所示。
如圖5所示該儀器由硬件、軟件來完成各項(xiàng)處理。
由傳感器接收AE信號(hào)與/或切削振動(dòng)信號(hào)經(jīng)放大，高低通、濾波，由硬件進(jìn)行預(yù)處理得到振鈴記數(shù)，一次包絡(luò)信號(hào)，二次包絡(luò)信號(hào)，一次包絡(luò)信號(hào)的微分。再進(jìn)行特征提取，由軟件采樣后得到振鈴記數(shù)值，一次包絡(luò)信號(hào)幅值的均值，一次包絡(luò)信號(hào)的峰值，二次包絡(luò)信號(hào)的峰值，一次包絡(luò)信號(hào)的微分峰峰值，一次包絡(luò)信號(hào)的峰值記數(shù)，二次包絡(luò)信號(hào)波延續(xù)時(shí)間。再在軟件控制下經(jīng)過運(yùn)算得到振鈴記數(shù)的累積值，一次包絡(luò)信號(hào)幅值的累積值，二次包絡(luò)信號(hào)幅值的累積值，一次包絡(luò)信號(hào)微分的累積值和振鈴記數(shù)的單位時(shí)間累加值、一次包絡(luò)信號(hào)幅值的單位時(shí)間累加值，二次包絡(luò)信號(hào)幅值的單位時(shí)間累加值、一次包絡(luò)信號(hào)微分的單位時(shí)間累加值，三組表征刀具破損(塑變)，磨損和磨損自相似特征參數(shù)。信號(hào)融合部分按特征參數(shù)值歸類，且按加權(quán)組合法，把分別根據(jù)AE與振動(dòng)信號(hào)作出的判斷進(jìn)行綜合決策。識(shí)別程序是優(yōu)選進(jìn)行破損、塑變識(shí)別，在確認(rèn)無破損或塑變時(shí)(正常)，再進(jìn)行磨損識(shí)別。破損與塑變識(shí)別可考慮AE與振動(dòng)信號(hào)兩種判斷的加權(quán)組合決策，也可按AE信號(hào)進(jìn)行識(shí)別。磨損決策中，以AE信號(hào)為主要識(shí)別依據(jù)，而輔之于振動(dòng)信號(hào)識(shí)別可達(dá)到高精度，故采取組合決策。對(duì)刀具破損與塑變的識(shí)別原理是與中國(guó)專利CN89108832.6相同的變參數(shù)統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別法。而磨損按(3)式的模型，從y值確定x值，即磨損值。刀具磨損值采用第三組特征參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，其標(biāo)定方法的基礎(chǔ)是自相似分析。在刀具磨損過程中，工件與刀具的后刀面在接觸狀態(tài)下會(huì)有材料的形變，且按斷裂力學(xué)規(guī)律會(huì)發(fā)生多次的表層材料斷裂脫落。這一物理現(xiàn)象在AE與振動(dòng)的特征信號(hào)中表現(xiàn)為隨著刀具的磨損值VB的變化，它們的單位時(shí)間累加值存在自相關(guān)性，即自相似性。換言之，只要單位時(shí)間累加值出現(xiàn)相應(yīng)的自相似特性時(shí)，就可以找到對(duì)應(yīng)的VB值。其算法原理為若以Pi表示第i個(gè)單位時(shí)間的信號(hào)累加值(i＝1，2，...n)，當(dāng)Pi＞Pi-1且Pi＞Pi+1時(shí)記為一次峰值，峰值數(shù)的累加值h≥H(H為對(duì)應(yīng)于VB0的峰值的累加值)時(shí)，VBO達(dá)到預(yù)試驗(yàn)確定的VB0值。切削實(shí)踐證明，該自動(dòng)校準(zhǔn)(標(biāo)定)法可達(dá)到高的校準(zhǔn)精度。在刀具工況決策為破損，塑變或磨鈍時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警器進(jìn)行聲光報(bào)警，并通過交聯(lián)(數(shù)據(jù)通訊)接口向數(shù)控機(jī)床傳遞報(bào)警信號(hào)，如決策為正常則重復(fù)監(jiān)視循環(huán)。
圖6是只采用AE信號(hào)時(shí)儀器的原理框圖。
完成上述功能的軟件框圖如圖7、圖8所示。
如圖7框圖所示主程序初始化后開中斷，延時(shí)準(zhǔn)備接受破損識(shí)別中斷，進(jìn)行AE信號(hào)采樣和破損、塑變識(shí)別，若按AE信號(hào)判定為破損，塑變時(shí)，再開動(dòng)振動(dòng)信號(hào)的采樣與破損識(shí)別中斷，用加權(quán)組合模型作出決策，若為破損，塑變則進(jìn)行報(bào)警處理，啟動(dòng)報(bào)警裝置;若決策為正常，則返回破損識(shí)別中斷程序，轉(zhuǎn)入磨損處理，開動(dòng)AE磨損識(shí)別中斷程序進(jìn)行自相似分析和磨損識(shí)別，在判定磨損值達(dá)到預(yù)定值時(shí)，開動(dòng)振勸信號(hào)磨損識(shí)別中斷，按振動(dòng)信號(hào)重復(fù)進(jìn)行識(shí)別，其決策按AE與振動(dòng)信號(hào)的加權(quán)組合模型來進(jìn)行。若決策為磨損時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警裝置，否則中斷返回，重復(fù)下一次監(jiān)視循環(huán)。
圖8是只采用AE信號(hào)時(shí)儀器的軟件框圖。
為完成上述功能，本發(fā)明之監(jiān)視系統(tǒng)框圖如圖9所示。
該儀器共分五大部分(Ⅰ)信號(hào)檢測(cè)與預(yù)處理單元，其中包括AE信號(hào)檢測(cè)與預(yù)處理單元(1～11)和振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)與預(yù)處理單元(21～31);(Ⅱ)信號(hào)與通用微型計(jì)算機(jī)接口單元(12);(Ⅲ)通用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(13)，(Ⅳ)交聯(lián)傳輸Ⅰ/O與報(bào)警輸出單元(14，15);(Ⅴ)抗干擾電源系統(tǒng)(16，17)。為寬帶壓電晶體AE傳感器，頻率顯100KHz～1MHz(≤±10dB)。為壓電晶體振動(dòng)傳感器，頻率為0～300Hz(≤±10dB)。，[3]為AE信號(hào)前置放大器，[2]為增益20dB或40dB的放大器，[3]為截止頻率100KHz，衰減斜度18dB/OCT的高通濾波器。[2][3]組成的前置放大器輸入換算噪聲小于4.5μv(RMS)，其電路原理圖為圖10。為振動(dòng)信號(hào)前置放大器，增益為20db或40db，其輸入換算噪聲小于4.5μvb(RMS)，其電路原理圖為圖10。，[24]為主放大器，增益為10～40dB，(圖11)。為帶通濾波器，截止頻率300KHz(高通)，1MHz(低通)，衰減斜度24dB/OCT，(圖12)。為低通濾波器，截止頻率300KHz，衰減斜度24dB/OCT(同圖12低通)。，[26]為振鈴記數(shù)電路(圖13)。，[27]為一次包絡(luò)形成電路(圖14)。，[28]為可編程放大器(圖15之Ⅰ)設(shè)置目的是保證信號(hào)在A/D的合適量程內(nèi)。，[29]為二次包絡(luò)形成電路(圖15之Ⅱ)。，[30]為微分信號(hào)形成電路(圖15之Ⅲ)。，[31]為可編程閾值比較器，形成包絡(luò)計(jì)數(shù)(圖15之Ⅳ)。信號(hào)與微機(jī)的接口。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。與機(jī)床NC系統(tǒng)交聯(lián)接口，可為RS232，亦可為繼電器。聲光報(bào)警輸出口，把報(bào)警信號(hào)送到儀器面板的報(bào)警燈與蜂鳴器。交流抗干擾電源(市售)。直流穩(wěn)壓電源(市售)。
按照本發(fā)明對(duì)AE信號(hào)，振動(dòng)信號(hào)的多種特征進(jìn)行綜合分析判斷刀具工況的方法，制成的刀具監(jiān)控儀可以減少刀具破/磨損工況識(shí)別的漏報(bào)率與誤差率。本發(fā)明的聲發(fā)射/振動(dòng)刀具綜合監(jiān)控儀抗生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)、電、磁、聲干擾能力強(qiáng)，可用于NC，CNC，F(xiàn)MC，F(xiàn)MS中多種車，銑加工機(jī)床和加工中心。
權(quán)利要求
1.一種刀具失效綜合監(jiān)控方法，由聲波與振動(dòng)信號(hào)的傳感、放大、選頻、濾波、聲發(fā)射信號(hào)形成綜合(融合)信息和微型計(jì)算機(jī)利用綜合信號(hào)進(jìn)行刀具多種失效識(shí)別判斷的步驟所組成，其特征是其監(jiān)控綜合信息是由聲發(fā)射信號(hào)與/或切削振動(dòng)信號(hào)的以下三組作為實(shí)時(shí)控制變量的特征信號(hào)參數(shù)，即表征刀具破損與刀刃塑變的參數(shù)-“振鈴記數(shù)”N、“一次包絡(luò)信號(hào)幅值的均值”A、“一次包絡(luò)信號(hào)的峰值”dA1m、“一次包絡(luò)信號(hào)的微分峰峰值”dA1m、“二次包絡(luò)信號(hào)的峰值”A2m、“一次包絡(luò)信號(hào)峰值記數(shù)”NA1、“二次包絡(luò)信號(hào)波延續(xù)時(shí)間”tA2；表片刀具磨損，磨損/破損融合的參數(shù)-“振鈴記數(shù)的累積值”∑N、“一次包絡(luò)信號(hào)幅值的累積值”∑A1、“一次包絡(luò)信號(hào)微分的累積值”∑dA1、“二次包絡(luò)信號(hào)幅值的累積值”∑A3；表征刀具磨損自相似的特征參數(shù)-“振鈴記數(shù)的單位時(shí)間累加值(振鈴記數(shù)率)”N、“一次包絡(luò)信號(hào)幅值的單位時(shí)間累加值”A1、“一次包絡(luò)信號(hào)微分的單位時(shí)間累加值”dA1、“二次包絡(luò)信號(hào)幅值的單位時(shí)間累加值”A2所組成。
2.一種刀具失效綜合監(jiān)控裝置，包含聲發(fā)射與予處理單元，微機(jī)接口單元，微機(jī)系統(tǒng)，交聯(lián)傳輸與聲光報(bào)警輸出單元，以及抗干擾電源，所說的聲發(fā)射信號(hào)檢測(cè)與予處理單元包括聲發(fā)射傳感器，前置放大器，高通濾波器，主放大器，帶通濾波器，其特征是還有振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)與預(yù)處理單元，該振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)及予處理單元包括振動(dòng)傳感器(或聲發(fā)射一振動(dòng)復(fù)合或集成傳感器)、前置放大器、主放大器、帶通濾波器(或低通濾波器)、鑒幅器，信號(hào)(或信號(hào)融合)，所說的聲發(fā)射一振動(dòng)復(fù)合或集成傳感器信號(hào)檢測(cè)及預(yù)處理單元包括振鈴形成電路，一次包絡(luò)形成電路，可編程放大器，二次包絡(luò)形成電路，一次包絡(luò)信號(hào)微分形成電路，可編程權(quán)一閾值比較器所組成，該微處理機(jī)系統(tǒng)由微型計(jì)算機(jī)或微處理器的兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)組成，它是對(duì)“振鈴記數(shù)”，“一次包絡(luò)信號(hào)峰值”，“一次包絡(luò)信號(hào)的微分峰峰值”，一次包絡(luò)信號(hào)的峰值記數(shù)”，“一次包絡(luò)信號(hào)幅值的均值”，“二次包絡(luò)信號(hào)峰值”，“二次包絡(luò)信號(hào)波延續(xù)時(shí)間”，和“振鈴記數(shù)”，“一次包絡(luò)信號(hào)幅值”，“一次包絡(luò)信號(hào)微分”，“二次包絡(luò)信號(hào)幅值”的過程累積值及其單位時(shí)間的累加值進(jìn)行處理，信息融合(集成)與識(shí)別的通用微型計(jì)算機(jī)或微處理器識(shí)別判斷固化程序的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
全文摘要
一種刀具失效綜合監(jiān)控方法與裝置，其監(jiān)控的綜合信息是以聲發(fā)射與/或振動(dòng)信號(hào)的以下三組作為實(shí)時(shí)控制變量的特征參數(shù)，第一組，表征刀具破損與刀刃塑變的參數(shù)，第二組，表征刀具磨損/破損融合的參數(shù)，第三組，表征刀刃磨損自相似的參數(shù)。按本發(fā)明的方法來監(jiān)控刀具失效可以減少漏報(bào)率和誤報(bào)率。本發(fā)明的裝置可用于多種機(jī)床加工的刀具失效監(jiān)控，其抗現(xiàn)場(chǎng)機(jī)、電、磁、聲等干擾性能好。
文檔編號(hào)G01N29/14GK1084795SQ9211113
公開日1994年4月6日 申請(qǐng)日期1992年9月29日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月29日
發(fā)明者羅振璧, 張伯鵬 申請(qǐng)人:清華大學(xué)