[發明專利]一種基于近似熵的數控機床絲杠健康狀態評估方法

有效

• 申請號: 201810374717.0
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN108490879B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 陳國華;向華;周浩;潘成龍;李波;張俊
• 申請（專利權）人: 湖北文理學院;襄陽華中科技大學先進制造工程研究院
• 主分類號: G05B19/4065
• 分類號: G05B19/4065
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 齊晨涵

1.一種基于近似熵的數控機床絲杠健康狀態評估方法，其特征在于，包括如下步驟：

(a)根據待測數控機床與絲杠的配置，設置有關測試參數，生成專用評測G代碼；

(b)數控機床運行評測G代碼，采集絲杠工作時的傳感器信號，并進行信號預處理；所述采集的傳感器信號為絲杠轉速、絲杠進給軸電流信號；

(c)將絲杠運動過程劃分為加速階段、勻速階段、減速階段三個階段，分階段分別計算絲杠工作時在各個工作階段的信號近似熵值ApEn；

三個階段的電流信號分別計算其近似熵值ApEn，計算步驟如下：

步驟(c1)：提取待求階段的電流信號，記為{u(1),u(2),…,u(N)}，數據個數為N，預先給定模式維數m和相似容限r；

模式維數m取值為2，相似容限r由電流信號的標準差求得，計算公式為：

r＝k*std({u(1),u(2),…,u(N)})，其中，k為比例系數，取k＝0.4；

步驟(c2)：根據序列{u(i)}按順序依次構造m維向量X(i)：

X(i)＝[u(i),u(i+1),…,u(i+m-1)],i＝1,2,…,N-m+1

步驟(c3)：對于任意兩個向量X(i)、X(j)，向量間的距離：

d[X(i),X(j)]＝max_1≤k≤m(|u(i+k-1)-u(j+k-1)|)

步驟(c4)：對每一個X(i)，向量X(i)與其它所有向量X(j)(j＝1,2,…,N-m+1，j≠i)間的相似度：

其中，

步驟(c5)：定義Φ^m(r)：

步驟(c6)：將維數m改為m+1，重復步驟(c2)-(c5)，得到Φ^m+1(r)；

步驟(c7)：此階段電流信號的近似熵值可由下式計算求得：

ApEn(m,r,N)＝Φ^m(r)-Φ^m+1(r)；

(d)與不同健康狀態絲杠的標準樣本進行比較，用距離評估方法比較基準樣本與本次計算結果之間的相關性，評估絲杠當前的健康狀態。

2.如權利要求1所述的數控機床絲杠健康狀態評估方法，其特征在于，所述設置有關測試參數為設置絲杠運動行程、絲杠進給速度。

3.如權利要求1所述的數控機床絲杠健康狀態評估方法，其特征在于，所述評測G代碼的功能是使絲杠按照設定的測試參數運動。

4.如權利要求1所述的數控機床絲杠健康狀態評估方法，其特征在于，所述數控機床運行評測G代碼時為空載運行，不進行實際切削，絲杠軸向載荷可認定為固定常量。

5.如權利要求1所述的數控機床絲杠健康狀態評估方法，其特征在于，所述絲杠運動過程三個階段的劃分是通過絲杠轉速實現劃分。

6.如權利要求1所述的數控機床絲杠健康狀態評估方法，其特征在于，所述不同健康狀態絲杠包括健康絲杠、各類非健康和損壞的絲杠。

7.如權利要求1所述的數控機床絲杠健康狀態評估方法，其特征在于，所述距離評估方法為歐幾里得距離評估法。