[發明專利]一種機床加工過程監測信號的自動分段方法和系統

有效

• 申請號: 202010375884.4
• 申請日: 2020-05-07
• 公開（公告）號: CN111599348B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 許劍鋒;許飛;陳肖;尤建峽;李維源;賴復堯;蘇欣
• 申請（專利權）人: 武漢數字化設計與制造創新中心有限公司;西南電子技術研究所（中國電子科技集團公司第十研究所）
• 主分類號: G10L15/04
• 分類號: G10L15/04;G10L15/08;G10L15/26;G10L25/03;G10L25/87
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 許美紅

1.一種機床加工過程監測信號的自動分段方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、信號分幀，即根據機床加工過程監測信號的采樣率、預定幀長和預定幀移，通過語音信號分幀算法對機床加工過程采樣信號進行處理，計算信號的總幀數和每一信號幀在采樣信號中的起點位置，以每一信號幀在采樣信號中的起點位置為起點截取預定幀長的數據，作為一信號幀數據，并重組為n×m的信號幀矩陣，信號幀矩陣中的每一行代表一信號幀數據，其中n為總幀數，m為預定幀長，即每一信號幀數據個數；

S2、信號幀短時能量計算，即對信號分幀后的每一信號幀數據，計算在窗函數下的短時能量，將信號幀矩陣中每一行信號幀數據的短時能量依次存儲為一個短時能量數組{e₁,…,e_i,…,e_n}，其中n為總幀數，e_i為第i行信號幀數據對應的短時能量；

S3、信號幀短時能量變化斜率計算，即對短時能量數組中相鄰的信號幀數據短時能量計算變化率，得到信號幀數據短時能量變化斜率數組{e^′₁,…,e^′₁,…e^′_n-1}，其中e_iⁱ為第i個信號幀數據短時能量變化斜率；

S4、確定分段閾值，即利用峰值點搜索算法對信號幀數據短時能量變化斜率數組進行峰值點搜索，獲得信號幀數據短時能量變化斜率數組中所有的峰值點數據及峰值點數據在該數組中的索引值，并計算搜索到的所有峰值點數據的平均值，作為分段閾值；

S5、端點檢測，即根據信號幀數據短時能量變化斜率數組和分段閾值，利用端點檢測算法獲取機床加工過程監測信號的每一分段信號的對應的兩個端點，完成采樣信號的初步分段端點檢測；

S6、端點聚類優化，即結合已知的機床加工過程中的加工階段數量，利用K-means聚類方法，對初步分段獲得的端點進行優化聚合，完成采樣信號的自動分段。

2.根據權利要求1所述的自動分段方法，其特征在于，步驟S1中的根據機床加工過程監測信號的采樣率、預定幀長和預定幀移，通過語音信號分幀算法對采樣信號進行處理，計算信號的總幀數n的公式為

其中，N為采樣信號的長度，m為預定幀長，inc為預定幀移。

3.根據權利要求1或2所述的自動分段方法，其特征在于，步驟S1中的通過語音信號分幀算法對采樣信號進行處理，計算每一信號幀數據在采樣信號中的起點位置SI_i的公式為，

SI_i＝(i-1)*inc+1，1≤i≤n(2)

其中，i為信號幀索引，inc為預定幀移。

4.根據權利要求1所述的自動分段方法，其特征在于，步驟S2中對信號分幀后的每一信號幀數據，計算在窗函數下的短時能量的公式為

其中，e_i為信號幀矩陣中第i行信號幀數據對應的短時能量，x_i(·)為信號幀矩陣第i行信號幀數據，m為預定幀長，w(m)為窗函數且h(m)＝w(m)²。

5.根據權利要求1或2所述的自動分段方法，其特征在于，步驟S2中的窗函數為矩形窗函數或漢寧窗函數。

6.根據權利要求1所述的自動分段方法，其特征在于，步驟S3中對短時能量數組中相鄰的短時能量計算變化率e_i^′的公式為

其中，e_i為信號幀矩陣第i行幀數據對應的短時能量。

7.根據權利要求1所述的自動分段方法，其特征在于，步驟S4中的峰值點搜索算法采用的是Python中的Scipy框架的singal模塊。