[發(fā)明專利]一種刀具剩余使用壽命監(jiān)測裝置及其方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010695631.5
• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN111872745A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設計）人: 王利強;施博;白雪
• 申請（專利權(quán)）人: 天津職業(yè)技術(shù)師范大學（中國職業(yè)培訓指導教師進修中心）
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種刀具剩余使用壽命監(jiān)測裝置及其方法，其特征在于，包括音頻傳感器（501）、音頻放大器（502）、振動傳感器（6）、數(shù)據(jù)采集卡（7）和計算機（8），所述音頻傳感器（501）和所述音頻放大器（502）通過雙面膠貼附在機床（1）的主軸（3）之上，并與主軸（3）平行，其中所述音頻傳感器（501）無螺紋的一端朝向刀具（4），所述音頻傳感器（501）有螺紋的一端和所述音頻放大器（502）有螺紋的一端通過螺紋連接，所述音頻放大器（502）無螺紋的一端通過BNC連接線1連接到所述數(shù)據(jù)采集卡（7）的BNC接口一（701），所述振動傳感器（6）有螺紋的一端通過磁力座安裝在機床（1）的加工平臺（2）上，所述振動傳感器（6）無螺紋的一端通過BNC連接線2、BNC連接線3和BNC連接線4連接到所述數(shù)據(jù)采集卡（7），所述BNC連接線2連接到所述數(shù)據(jù)采集卡（7）的BNC接口二（702），所述BNC連接線3連接到所述數(shù)據(jù)采集卡（7）的BNC接口三（703），所述BNC連接線4連接到所述數(shù)據(jù)采集卡（7）的BNC接口四（704），所述數(shù)據(jù)采集卡（7）通過USB接口（705）連接到所述計算機（8）。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種刀具剩余使用壽命監(jiān)測裝置及其方法，其特征在于，所述音頻傳感器（501）采樣頻率范圍是40kHz-50kHz，所述振動傳感器（6）采樣頻率范圍是20kHz-30kHz。

3.實現(xiàn)權(quán)利要求1至2任意一項所述的一種刀具剩余使用壽命監(jiān)測裝置的監(jiān)測方法，其特征在于，包括如下步驟：

（1）將所述音頻傳感器（501）的采樣頻率f₁設置為40kHz-50kHz，所述振動傳感器（6）的采樣頻率f₂設置為20kHz-30kHz；

（2）通過銑削加工實驗，將所述音頻傳感器（501）和所述振動傳感器（6）采集到的不同剩余使用壽命下刀具加工中的音頻數(shù)據(jù)和振動數(shù)據(jù)通過所述數(shù)據(jù)采集卡（7）保存到所述計算機（8）中，得到音頻初始信號和振動初始信號；

（3）將采集到的音頻初始信號通過帶通濾波，去除音頻初始信號中的噪聲，得到完整音頻信號；

（4）將采集到的振動初始信號先通過帶通濾波，得到去除噪聲的振動信號，再對去除噪聲的振動信號進行降采樣處理，取振動初始信號采樣頻率f₁的1/5作為計算頻率，得到完整振動信號；

（5）繪制出所述完整音頻信號的包絡圖，將所述包絡圖中的時域幅值最大值m₁與時域幅值最小值m₂相加，得到音頻信號總和I，把音頻信號總和I作為判斷刀具剩余使用壽命的一個特征值；

（6）對所述完整振動信號做傅里葉變換，畫出其振幅頻譜圖，將所述振幅頻譜圖中的X軸振動信號最大幅值F₁與其相對應的頻率f相除，得到X軸振動信號比值H₁，將所述振幅頻譜圖中的Y軸振動信號最大幅值F₂與其相對應的頻率f相除，得到Y(jié)軸振動信號比值H₂，將所述振幅頻譜圖中的Z軸振動信號最大幅值F₃與其相對應的頻率f相乘，得到Z軸振動信號比值H₃，把振動信號比值H₁、H₂、H₃作為判斷刀具剩余使用壽命的特征值；

（7）將所述音頻信號總和I和振動信號比值H₁、H₂、H₃進行歸一化處理，得到歸一化處理后的音頻信號總和I₁和振動信號比值H₄、H₅、H₆；

（8）從所述進行歸一化處理后的音頻信號總和I₁和振動信號比值H₄、H₅、H₆中提取100組訓練樣本；

（9）將所述100組訓練樣本輸入到BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型中，對所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型進行訓練優(yōu)化，從而得到BP神經(jīng)網(wǎng)絡刀具剩余使用壽命識別模型；

（10）采集刀具加工中的音頻信號和振動信號，從所述采集到的音頻信號和振動信號中提取出歸一化處理后的音頻信號總和I₁和振動信號比值H₄、H₅、H₆，再將所述音頻信號總和I₁和振動信號比值H₄、H₅、H₆輸入到所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡刀具剩余使用壽命識別模型中，利用所述BP神經(jīng)網(wǎng)絡刀具剩余使用壽命識別模型的輸出來監(jiān)測加工中刀具的剩余使用壽命。