[發(fā)明專利]基于聲發(fā)射信號(hào)光學(xué)工件亞表面損傷深度預(yù)測方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410317669.3
• 申請(qǐng)日: 2014-07-03
• 公開（公告）號(hào): CN104044069A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜晨;王春華;李郝林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B24B49/00
• 分類號(hào): B24B49/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

1.一種基于聲發(fā)射信號(hào)光學(xué)工件亞表面損傷深度預(yù)測方法，其特征在于，該方法的步驟為：(1)建立光學(xué)工件亞表面損傷深度與聲發(fā)射信號(hào)關(guān)系模型

a.磨削深度與聲發(fā)射信號(hào)的關(guān)系表達(dá)式

聲發(fā)射RMS信號(hào)與法向磨削力成近似比例關(guān)系：

AE_RMS＝k_aeF_n???(1)

磨削力公式為：

F_n＝K[c₁]^γ[v_w/v_s]^2ε-1[a_p]^ε[d_e]^1-ε???(2)

式中K—比切削力，其大小取決于工件材料；

c₁—與磨刃密度有關(guān)的系數(shù)；

v_w—工件速度；

v_s—砂輪速度；

a_p—磨削深度；

d_e—砂輪當(dāng)量直徑；

γ、ε—無量綱常數(shù)；

將公式(1)代入到公式(2)中，得到磨削深度與聲發(fā)射信號(hào)值的關(guān)系表達(dá)式，即ap=log∈AERMSkaeK[c1]γ[vw/vs]2ϵ-1[de]1-∈---(3);]]>

b.磨削表面粗糙度與聲發(fā)射信號(hào)關(guān)系式

磨削表面粗糙度的經(jīng)驗(yàn)式可用以下指數(shù)形式表示，即SR=CRavwxapyfavK1K2K3vszdsqbsn---(4)]]>

式中C_Ra—與被磨材料物理—力學(xué)性能有關(guān)的系數(shù)；

d_s—砂輪直徑；

b_s—砂輪寬度；

f_a—軸向進(jìn)給量；

K₁—與砂輪粒度有關(guān)的系數(shù)；

K₂—與無火花磨削次數(shù)有關(guān)的系數(shù)；

K₃—與磨削液有關(guān)的系數(shù)；

SR—磨削表面粗糙度；

x、y、v、z、q、n—無量綱常數(shù)

將式子(3)代入式子(4)可推導(dǎo)出磨削表面粗糙度與聲發(fā)射信號(hào)之間的關(guān)系表達(dá)式：

SR=CRavwx(log∈AERMSkdeK[c1]γ[vw/vs]2ϵ-1[de]1-∈)yfavK1K2K3vszdsqbsn---(5);]]>

c.推導(dǎo)工件表面損傷深度與聲發(fā)射信號(hào)之間的關(guān)系模型

磨削亞表面損傷深度與表面粗糙度之間的關(guān)系理論模型為：

式中，

a_k＝0.027+0.090·(m-1/3)，

其中，SSD為亞表面損傷深度，k₀為彈性變形對(duì)中位裂紋深度的修正系數(shù)，為壓頭銳度角，E為材料彈性模量，H為材料硬度，K_c為材料斷裂韌性，m為一無量綱常數(shù)，取值介于1/3和1/2之間；

將式子(5)代入式子(6)后，則可得亞表面損傷深度與聲發(fā)射信號(hào)之間的關(guān)系模型，即

(2)亞表面損傷深度與聲發(fā)射信號(hào)關(guān)系模型常數(shù)標(biāo)定

a.穩(wěn)定狀態(tài)聲發(fā)射信號(hào)RMS值測定

首先將傳感器安裝在砂輪上，傳感器的另一端連接采集卡，用采集卡測磨削光學(xué)工件過程中發(fā)射信號(hào)RMS，穩(wěn)定狀態(tài)聲發(fā)射信號(hào)RMS值測定開始前，將磨削檢測的聲發(fā)射原始信號(hào)轉(zhuǎn)換為均方根RMS信號(hào)AE_RMS，其表達(dá)式為：

AERMS(t)=1ΔT∫0ΔTV2(t)dt---(8)]]>

上式中V——聲發(fā)射原始信號(hào)；

△T——時(shí)間窗口周期；

首先進(jìn)行一次試加工，當(dāng)砂輪接觸工件一段時(shí)間后進(jìn)入穩(wěn)定磨削狀態(tài)，測量穩(wěn)定磨削狀態(tài)時(shí)聲發(fā)射RMS信號(hào)，對(duì)所有采樣點(diǎn)求平均值，該值作為穩(wěn)定狀態(tài)聲發(fā)射RMS值A(chǔ)E_RMS；

b.檢測工件亞表面損傷深度

用化學(xué)蝕刻法檢測工件亞表面損傷深度，配制好化學(xué)溶液后與工件反應(yīng)，通過逐層蝕刻及相應(yīng)蝕刻速率的變化獲得蝕刻臺(tái)階，然后利用原子力顯微鏡、表面輪廓儀等觀察不同深度下亞表面損傷層的形貌,進(jìn)而得到亞表面損傷的深度SSD：

c.亞表面損傷深度與聲發(fā)射信號(hào)關(guān)系模型常數(shù)標(biāo)定

將式(7)中的設(shè)為常數(shù)m，則式(7)變換為

SSD=m·(log∈AERMSkaeK[c1]γ[vw/vs]2ϵ-1[de]1-ϵ)4y/3---(9)]]>

式(9)右邊有兩個(gè)未知數(shù)m和AE_RMS，則需要將式(9)參數(shù)m的值標(biāo)定后才能利用該式進(jìn)行亞表面損傷深度SSD在線預(yù)測。參數(shù)m標(biāo)定方法為：根據(jù)步驟(1)和(2)中得到的AE_RMS和SSD值及式(9)其他參數(shù)取值，計(jì)算得到m的值，并將m的值代回到式(9)得到常數(shù)標(biāo)定后的亞表面損傷深度與聲發(fā)射信號(hào)關(guān)系模型；

(3)利用聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行亞表面損傷深度在線預(yù)測

在光學(xué)工件進(jìn)行正式磨削加工中，首先用采集卡采集聲發(fā)射信號(hào)，利用公式(8)將磨削檢測的聲發(fā)射原始信號(hào)轉(zhuǎn)換為均方根RMS信號(hào)，并測量得到磨削穩(wěn)定狀態(tài)下的聲發(fā)射信號(hào)RMS值A(chǔ)E_RMS；根據(jù)AE_RMS的值及公式(9)其他參數(shù)的取值，利用公式(9)計(jì)算得到工件亞表面損傷深度SSD，從而實(shí)現(xiàn)利用聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行工件亞表面損傷深度在線預(yù)測。