[發(fā)明專利]基于金屬帶鋸條聲發(fā)射特性的鋸切負載檢測裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310310325.5
• 申請日: 2013-07-23
• 公開（公告）號: CN103447887A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設計）人: 倪敬;湯海天;劉曉晨
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

1.基于金屬帶鋸條聲發(fā)射特性的鋸切負載檢測裝置，包括第一聲波傳感器、第二聲波傳感器、安裝支架、前置放大器、轉換板、數(shù)據(jù)采集卡、工控機；其中聲發(fā)射傳感器模塊包括第一聲波傳感器和第二聲波傳感器及安裝支架,其中第二聲波傳感器為貼片式聲波傳感器；信號采集模塊包括前置放大器和轉換板及數(shù)據(jù)采集卡；信號分析模塊及人機界面模塊均集成于工控機內；

其特征在于：所述的第一聲波傳感器通過安裝支架固定在金屬帶鋸床導向裝置上，所述的導向輪的軸固定在金屬帶鋸床導向裝置上，導向輪與帶鋸條緊密貼合，且導向輪的輪軸方向與帶鋸條的運動方向垂直，所述的聲波傳感器固定于導向輪的軸上；

第一聲波傳感器和第二聲波傳感器的信號輸出端口與前置放大器的模擬量輸入端口連接，前置放大器以單端連接的信號轉換模式連接到轉換板的模擬量輸入端口，轉換板通過外接電纜傳輸至數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡通過PCI接口傳輸至工控機；

當帶鋸鋸切時，帶鋸條與工件相互作用產生聲發(fā)射信號，通過第一聲波傳感器采集空氣中傳播的聲發(fā)射信號，通過第二聲波傳感器采集金屬中傳播的聲發(fā)射信號，聲發(fā)射信號經聲波傳感器轉換為電信號；聲波傳感器輸出的電信號傳送至前置放大器的模擬量輸入端口，經前置放大器放大后的電信號轉換板的模擬量輸入端口；輸入轉換板的模擬信號通過外接電纜傳輸至采集卡，采集卡先進行通道掃描及增益運算處理，來優(yōu)化模擬信號轉換效率及精度，然后對模擬信號進行高速A/D轉換；

經過信號采集模塊采集、轉換及運算后，數(shù)字信號通過PCI接口，傳輸至工控機內等待基于數(shù)字信號濾波，采樣，小波分析等數(shù)字信號處理；經過多次數(shù)字處理后的特征信號，在基于勢能函數(shù)分類模型分析識別后，由人機界面顯示帶鋸鋸切負載特性及負載變化。

2.基于金屬帶鋸條聲發(fā)射特性的鋸切負載檢測方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

在帶鋸工作運行時，所述的聲波傳感器檢測帶鋸切聲發(fā)射信號，輸出模擬量信號值ai(t)；所述的模擬量信號值ai(t)經由所述的信號采集模塊進行信號放大、AD轉換，其中所述的信號采集模塊配有自動通道/增益掃描電路及穩(wěn)壓濾波電路，對所述的信號值ai(t)進行前置預處理；

經所述的信號采集模塊后，輸出數(shù)字信號值x(t)至信號分析模塊；所述的信號分析模塊集成了小波分析方法，相應的離散小波變換為????????????????????????????????????????????????,其中ψ_j,k(t)為小波函數(shù)，，a₀>0是常數(shù)，j,k∈Z,經ψ_j,k(t)作用的小波變換實際上把信號x(t)的頻帶范圍限制在[ω^*-Δω,?ω^*+Δω]子頻帶內，小波變換結果是這個頻帶內的時域分量，其中ω^*----為中心頻率，Δω為1/2頻帶寬，通過離散小波變換，可以使計算機分析信號在特定的時、頻窗范圍內的能量特征；

經過信號分析模塊中的小波分析后的聲發(fā)射信號，可提取聲發(fā)射能量特征向量，再利用信號分析模塊的勢能函數(shù)分類模型，可對鋸切負載進行智能識別；聲發(fā)射信號的鋸切負載識別采用勢能函數(shù)分類模型，將能量特征矢量表示成[X_k],其中k=1,2,…N，任意一個能量特征矢量的勢能函數(shù)表示成，其中為不為0的實數(shù)，(X)為歸一化正交函數(shù)，利用赫爾密特正交函數(shù)來構造(X)，(X)的遞推公式為H_k+1(X)-2XH_k(X)?+2KH_k-1(X)=0；將反復實驗下不同介質中不同負載的鋸切聲波能量特征集合作為勢能函數(shù)分類模型訓練樣本集（X₁,?X₂,…,?X_k），每一鋸切聲波特征矢量產生相應的勢能函數(shù)K_i（X），得到K_k+1(X)與?K_k?(X)的迭代關系K_k+1(X)=?K_k?(X)+?γ_k+1?K?(X,?X_?k-1)，經過訓練而確定的勢能函數(shù)就是判別函數(shù)d_?k+1(X)=?d_?k?(X)?+?γ_k+1?K?(X,?X_?k-1)，所有判別函數(shù)構成鋸切負載識別模型；在勢能函數(shù)分類模型訓練完成后，用勢能函數(shù)分類模型識別檢驗樣本與實際鋸切負載三向力進行比較來檢驗模型的準確性；

所述的聲發(fā)射信號經過勢能函數(shù)分類模型智能識別，最終通過人機接口傳送至人機界面模塊，人機界面模塊將經過勢能函數(shù)分類模型智能識別后的聲發(fā)射信號轉換成實際鋸切負載值并顯示在人機界面上。