[發明專利]一種基于聲發射的磨削狀態測控方法及裝置

有效

• 申請號: 201510836254.1
• 申請日: 2015-11-26
• 公開（公告）號: CN105415191B
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 何鵬舉;張璐佳;楊磊
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B24B49/00
• 分類號: B24B49/00;B24B49/02
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明涉及一種基于聲發射的磨削狀態測控方法及裝置，在學習階段計算不同濾波頻段的特征參數，獲取工作階段所需的最佳濾波頻段，在工作階段與學習階段存儲的特征參數實時對比，精確判斷磨削加工狀態，并把狀態反饋信號輸出給數控系統，使磨削加工中砂輪或工件采用分段磨削逐次完成，即完成單個工件的加工數控系統控制砂輪有多次進刀和退刀；空程階段采用快速進給，磨削階段采用慢速進給，從而縮短空程時間達到消空程的目的；同時檢測磨削過程中的異常情況，防止造成設備損壞達到防碰撞目的。該系統實現了消空程、防碰撞的在線監測，提高磨削加工效率，實現磨削加工的自動化、智能化。

技術領域

本發明屬于精密機械加工領域，涉及聲發射技術、高速數據采集與處理、模式識別領域，涉及一種屬于磨床加工中消空程、防碰撞實時在線監控裝置，具體涉及基于聲發射的磨削狀態測控方法及裝置。

背景技術

磨床狀態測控系統的實現方法現狀是：用于砂輪與工件的磨削狀態的間接檢測法，是通過傳感器檢測磨削過程中能反應砂輪與工件接觸狀態的某些參數，能夠實現磨削狀態的在線實時監測。

(1)振動信號檢測技術

磨削過程產生的振動信號包含豐富的磨削振動狀態信息，通過分析振動信號在時域和頻域的特點，提取信號特征判斷磨削工作狀態。但各種因素造成的異常震動不容易排除，振動信號受磨削過程中顫振現象影響大，受外界低頻干擾大使磨削狀態檢測精度低，在高精度的磨削加工中應用受到限制。

(2)電機功率檢測技術

在磨削加工過程中，隨著砂輪與工件的接觸程度加大，磨削力逐漸變大，驅動砂輪電機的工作電流也隨之發生變化，使之可以采用檢測電機工作的實時功率判斷砂輪與工件的接觸狀態。但在線監測時受電網的波動影響大，且對磨削狀態檢測靈敏度低、精度低，判斷的延遲時間長，在粗磨加工中廣泛應用，在高精度磨削中無法使用。

(3)聲發射信號檢測技術

聲發射信號具有頻率高、頻帶范圍寬、靈敏度高、信噪區分能力強等優點，包含了豐富的與磨削狀態直接相關的特征信息，而且在不同的磨削階段聲發射信號的幅值差別也非常明顯，利用AE傳感器將聲發射信號轉換成電壓信號，通過濾波器可以直接除去機械振動和周圍環境噪聲的低頻干擾，容易得到較純凈的AE信號。

在聲發射信號處理技術方面，主要有以下的方法：

1、特征參數分析法：主要在時域中分析和處理聲發射信號，AE傳感器檢測到的聲發射信號經過信號調理電路預處理后，由聲發射處理儀器提取聲發射信號的特征(主要包括幅度值、振鈴計數、持續時間、門檻閥值和能量等)，見文獻“袁哲.DSP在聲發射信號模式識別中的應用研究[D].南京林業大學,2009.”。為了更精確的描述聲發射信號在時域的數字特征，又引入了幅值域(均值、均方值、方差等)來表示聲發射信號的平均能量強度。

(1)計數分析法：通過記錄單位時間內聲發射信號超過預先設定閾值的次數，用來判斷事件狀態。缺點是易受放大器、濾波器和閾值電壓工作狀況的影響，見文獻“劉磊.高溫高壓下金剛石生長的聲發射實時動態檢測與長大機制研究[D].山東大學,2011.”

(2)幅度分析法：通過分析信號峰值幅度和幅度分布來判斷聲發射強度。通過應用對數放大器，可以消除傳感器的響應頻率、阻尼特性等對其的影響，實現對聲發射信號的峰值幅度精確測量。

(3)能量分析法：能量與聲發射信號波形包絡線下的面積成正比，通常用均方根電壓Vrms表示。聲發射信號的能量與材料的物理參數有關，不需要建立數學模型就可直接計算。

2、波形分析方法