[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

本發明公開了一種機床加工過程監測信號的自動分段方法，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，對采樣信號進行分幀，形成n×m的信號幀矩陣，計算信號幀矩陣各行信號幀的短時能量，基于信號幀短時能量計算短時能量斜率和確定分段閾值，進而進行采樣信號的初步分段，獲得初步分段的端點，最后采用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。本發明的方法實現對長時序信號基于對應加工工序的自動分段。

技術領域

本發明涉及數控機床加工領域，尤其涉及一種機床加工過程監測信號的自動分段方法和系統。

背景技術

對于加工工序比較復雜的零件加工過程的實時監測，其中可能涉及到同種工序不同長度的長時序加工信號，故需要針對對應加工工序進行分段截取。在通常情況下，對長時間連續采樣的信號來說，直接通過人工手動截取對應工序階段的信號不僅準確度比較低，而且工作量大。

語音信號是時序信號，其具有長時隨機性和短時平穩性。長時隨機性指語音信號隨時間變化是一個隨機過程，短時平穩性指在短時間內其特性基本不變。長時間連續采樣的機床加工實時信號與語音信號類似，都是非平非線性信號，在不同加工工序之前隨著工藝參數等的改變，其其能量會類似于語音信號的突然停頓，發生突變，即在穩定工作條件下信號平穩，而工序變化時，能量變化斜率較大，可據此進行基于短時能量變化斜率的端點檢測。根據語音信號識別技術的端點檢測理論，基于短時能量和短時過零率實現對語音信號的端點檢測，從而實現信號的自動分段。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中人工分段準確度低、工作量大的缺陷，提供一種機床加工過程監測信號的自動分段方法和系統。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

提供一種機床加工過程監測信號的自動分段方法，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′_i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。

接上述技術方案，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