[發(fā)明專利]一種基于摩擦起電原理的刀具磨損狀態(tài)監(jiān)測方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210263842.0
• 申請日: 2022-03-17
• 公開（公告）號: CN114571286B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張泉;章欽;李忠杰;彭艷
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 王愛濤

1.一種基于摩擦起電原理的刀具磨損狀態(tài)監(jiān)測方法，其特征在于，包括：

獲取被監(jiān)測刀具的電壓信號；所述被監(jiān)測刀具的電壓信號包括傳感設(shè)備采集的被監(jiān)測刀具的電壓波形圖和被加工工件的電壓波形圖；所述傳感設(shè)備包括波形生成器以及與所述波形生成器的輸入端均連接的第一傳感器、第二傳感器；所述第一傳感器安裝在所述被監(jiān)測刀具上，所述第二傳感器安裝在所述被加工工件上，且所述第一傳感器和所述第二傳感器均為基于摩擦起電原理制造的傳感器；所述被加工工件為用所述被監(jiān)測刀具進行加工的工件；

基于所述被監(jiān)測刀具的電壓信號和刀具磨損狀態(tài)確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，確定所述被監(jiān)測刀具的磨損程度；

所述第一傳感器和所述第二傳感器均為納米摩擦發(fā)電機傳感器模塊；其中，所述納米摩擦發(fā)電機傳感器模塊至少包括一個納米摩擦發(fā)電機傳感器；

當所述納米摩擦發(fā)電機傳感器模塊包括多個且結(jié)構(gòu)相同的納米摩擦發(fā)電機傳感器時，多個所述納米摩擦發(fā)電機傳感器層疊排列；

所述納米摩擦發(fā)電機傳感器包括固定端和開合端，且相鄰所述納米摩擦發(fā)電機傳感器的開合端的朝向相反；

所述納米摩擦發(fā)電機傳感器包括依次疊層設(shè)置的第一基底、第一電極層、第一摩擦層、第二摩擦層、第二電極層以及第二基底，且在微小振動下，所述第一摩擦層和所述第二摩擦層能夠進行開合操作。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于摩擦起電原理的刀具磨損狀態(tài)監(jiān)測方法，其特征在于，所述基于所述被監(jiān)測刀具的電壓信號和刀具磨損狀態(tài)確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，確定所述被監(jiān)測刀具的磨損程度，具體包括：

對所述被監(jiān)測刀具的電壓信號進行降噪預(yù)處理；

將降噪預(yù)處理后的監(jiān)測刀具的電壓信號輸入到刀具磨損狀態(tài)確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，以確定所述被監(jiān)測刀具的磨損程度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于摩擦起電原理的刀具磨損狀態(tài)監(jiān)測方法，其特征在于，所述刀具磨損狀態(tài)確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型是基于樣本數(shù)據(jù)集和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確定的；所述樣本數(shù)據(jù)集包括多個樣本刀具電壓信號以及每個所述樣本刀具電壓信號對應(yīng)的磨損程度；所述樣本刀具電壓信號包括傳感設(shè)備采集且經(jīng)過降噪預(yù)處理后的樣本刀具的電壓波形圖和樣本加工工件的電壓波形圖；所述樣本加工工件為用所述樣本刀具進行加工的工件。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于摩擦起電原理的刀具磨損狀態(tài)監(jiān)測方法，其特征在于，所述磨損程度為輕微磨損、中度磨損或者急劇磨損；所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括依次連接的特征提取網(wǎng)絡(luò)層、特征融合層、度量函數(shù)層以及分類層；

所述特征提取網(wǎng)絡(luò)層，用于：

分別提取降噪預(yù)處理后的被監(jiān)測刀具的電壓波形圖的特征向量和降噪預(yù)處理后的被加工工件的電壓波形圖的特征向量；

或者，分別提取降噪預(yù)處理后的樣本刀具的電壓波形圖的特征向量和降噪預(yù)處理后的樣本加工工件的電壓波形圖的特征向量；

所述特征融合層用于融合所述特征提取網(wǎng)絡(luò)層輸出的特征向量，得到融合向量；

所述度量函數(shù)層用于計算所述融合向量分別與不同磨損程度向量之間的相似度，確定每個磨損程度對應(yīng)的相似值；

所述分類層用于基于每個磨損程度對應(yīng)的相似值，分別計算第一概率、第二概率以及第三概率，并基于所述第一概率、所述第二概率以及所述第三概率，確定最大概率，然后將所述最大概率對應(yīng)的磨損程度確定為被監(jiān)測刀具或者樣本刀具的磨損程度；

所述第一概率為被監(jiān)測刀具或者樣本刀具屬于輕微磨損的概率；所述第二概率為被監(jiān)測刀具或者樣本刀具屬于中度磨損的概率；所述第三概率為被監(jiān)測刀具或者樣本刀具屬于急劇磨損的概率。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于摩擦起電原理的刀具磨損狀態(tài)監(jiān)測方法，其特征在于，所述特征提取網(wǎng)絡(luò)層包括依次連接的第一卷積層、第一池化層、第二卷積層、第二池化層、扁平層以及全連接層。

6.一種基于摩擦起電原理的刀具磨損狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括：

數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取被監(jiān)測刀具的電壓信號；所述被監(jiān)測刀具的電壓信號包括傳感設(shè)備采集的被監(jiān)測刀具的電壓波形圖和被加工工件的電壓波形圖；所述傳感設(shè)備包括波形生成器以及與所述波形生成器的輸入端均連接的第一傳感器、第二傳感器；所述第一傳感器安裝在所述被監(jiān)測刀具上，所述第二傳感器安裝在所述被加工工件上，且所述第一傳感器和所述第二傳感器均為基于摩擦起電原理制造的傳感器；所述被加工工件為用所述被監(jiān)測刀具進行加工的工件；

監(jiān)測模塊，用于基于所述被監(jiān)測刀具的電壓信號和刀具磨損狀態(tài)確定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，確定所述被監(jiān)測刀具的磨損程度；

所述第一傳感器和所述第二傳感器均為納米摩擦發(fā)電機傳感器模塊；其中，所述納米摩擦發(fā)電機傳感器模塊至少包括一個納米摩擦發(fā)電機傳感器；

當所述納米摩擦發(fā)電機傳感器模塊包括多個且結(jié)構(gòu)相同的納米摩擦發(fā)電機傳感器時，多個所述納米摩擦發(fā)電機傳感器層疊排列；

所述納米摩擦發(fā)電機傳感器包括固定端和開合端，且相鄰所述納米摩擦發(fā)電機傳感器的開合端的朝向相反；

所述納米摩擦發(fā)電機傳感器包括依次疊層設(shè)置的第一基底、第一電極層、第一摩擦層、第二摩擦層、第二電極層以及第二基底，且在微小振動下，所述第一摩擦層和所述第二摩擦層能夠進行開合操作。