[發(fā)明專利]一種基于數(shù)控機床主軸電流信號的階次分析方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010031020.0
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111259765A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王民;王聰;秦鵬;孫鐵偉
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06T7/277;G06F17/14;G06F17/13;G01M13/028
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開了一種基于數(shù)控機床主軸電流信號的階次分析方法，包括對采集到的數(shù)控機床主軸電流信號進行計算獲得主軸轉(zhuǎn)速；將和電流信號同步采集的振動信號和計算得到的轉(zhuǎn)速信號通過改進的二代卡爾曼濾波階次跟蹤提取每一階階次分量；最后畫出階次?時間?幅值三維階次譜圖和階次?轉(zhuǎn)速?幅值三維階次譜圖；本發(fā)明針對現(xiàn)有的有轉(zhuǎn)速計轉(zhuǎn)速計算方法，對于不便于安裝的場合和設(shè)備，提出了一種可以通過數(shù)控機床主軸電流信號計算轉(zhuǎn)速然后做三維階次譜圖。該方法不需要獲取轉(zhuǎn)速脈沖信號，而且計算結(jié)果優(yōu)于瞬時頻率估計獲取轉(zhuǎn)速的方法；在三維階次譜圖中可以直觀的看到故障特征階次和特征階次幅值隨時間及轉(zhuǎn)速的變化情況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于異常狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷領(lǐng)域，特別涉及一種基于數(shù)控機床主軸電流信號的階次分析方法。

背景技術(shù)

階次分析技術(shù)是旋轉(zhuǎn)機械振動信號分析和故障診斷的一項重要技術(shù)。當(dāng)前主要采用等角度重采樣加FFT方法進行階次跟蹤，但這種方法只能得到階次譜圖和跟蹤階次譜圖，不能得到階次的時域提取。轉(zhuǎn)速計算方法是進行階次跟蹤提取的前提，轉(zhuǎn)速計算方法包括有轉(zhuǎn)速計的轉(zhuǎn)速計算和無轉(zhuǎn)速計的轉(zhuǎn)速計算。對于轉(zhuǎn)速脈沖信號的測量，一種是接觸式測量，最為常見的接觸式測量是采用光電脈沖編碼器來進行測量計算，另外一種是非接觸式測量，該方法通過傳感器將轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)化成一連串的脈沖信號供微處理器進行采集和處理。對于沒有轉(zhuǎn)速脈沖信號而只有轉(zhuǎn)子振動信號的情況，根據(jù)瞬時頻率與瞬時轉(zhuǎn)速之間的對應(yīng)關(guān)系可以得到一階轉(zhuǎn)頻對應(yīng)的轉(zhuǎn)速。重慶大學(xué)傅煒娜《基于Vold-Kalman跟蹤濾波的旋轉(zhuǎn)機械階比分析方法研究》論文研究了無轉(zhuǎn)速計的瞬時頻率估計方法、有轉(zhuǎn)速計的轉(zhuǎn)速脈沖計算轉(zhuǎn)速方法和階次分量時域提取。

對于數(shù)控機床主軸轉(zhuǎn)速獲取，一是可以通過機床通信接口讀取轉(zhuǎn)速，此方法不能得到瞬時轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速分辨率較低；二是通過轉(zhuǎn)速計獲取轉(zhuǎn)速脈沖計算得到轉(zhuǎn)速，但對于所測試對象結(jié)構(gòu)不便或者空間不夠安裝轉(zhuǎn)速計以及沒有轉(zhuǎn)速計的情況不適用；三是通過瞬時頻率估計的方法獲取轉(zhuǎn)速，估計結(jié)果精度不如轉(zhuǎn)速脈沖計算；本發(fā)明中通過安裝霍爾電流傳感器采集主軸電流信號，通過主軸電流信號計算轉(zhuǎn)速。

此方法不需要安裝轉(zhuǎn)速計，不受所測對象結(jié)構(gòu)限制；計算精度要優(yōu)于瞬時頻率估計計算轉(zhuǎn)速。

對于傳統(tǒng)的階次譜圖和階次跟蹤譜圖不能得到階次分量的時變特性，本發(fā)明中基于改進的二代卡爾曼濾波階次跟蹤得到的三維階次譜圖可以直觀的看出故障特征階次及其時變特性。另外可以將交叉耦合階次分離解耦后成功提取出來。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于數(shù)控機床主軸電流信號的階次分析方法，以解決上述問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于數(shù)控機床主軸電流信號的階次分析方法，包括以下步驟：

S1，同步采集數(shù)控機床主軸電流和主軸振動的連續(xù)時域信號；

S2，使用MATLAB對步驟S1得到的主軸電流信號進行分段傅里葉級數(shù)擬合得到電流平滑時域信號；

S3，對步驟S2得到的時域信號計算得到轉(zhuǎn)速曲線；

S4，對步驟S1和S3得到的振動和轉(zhuǎn)速時域信號利用改進的二代卡爾曼濾波階次跟蹤方法重構(gòu)每一階次時域信號；

S5，根據(jù)步驟3得到的階次頻率成分，進而得到主軸階次-時間-幅值的三維階次譜圖和階次-轉(zhuǎn)速-幅值的三維階次譜圖。

步驟S1包括有：

在數(shù)控機床主軸上安裝三向加速度傳感器和霍爾電流傳感器；

通過所述傳感器采集振動和電流的連續(xù)時域信號。

步驟S2包括有：

將采集到的電流信號每2倍電機極對數(shù)個周期分為一組；