[发明专利]一种基于声发射的磨削状态测控方法及装置

说明书

本发明涉及一种基于声发射的磨削状态测控方法及装置，在学习阶段计算不同滤波频段的特征参数，获取工作阶段所需的最佳滤波频段，在工作阶段与学习阶段存储的特征参数实时对比，精确判断磨削加工状态，并把状态反馈信号输出给数控系统，使磨削加工中砂轮或工件采用分段磨削逐次完成，即完成单个工件的加工数控系统控制砂轮有多次进刀和退刀；空程阶段采用快速进给，磨削阶段采用慢速进给，从而缩短空程时间达到消空程的目的；同时检测磨削过程中的异常情况，防止造成设备损坏达到防碰撞目的。该系统实现了消空程、防碰撞的在线监测，提高磨削加工效率，实现磨削加工的自动化、智能化。

技术领域

本发明属于精密机械加工领域，涉及声发射技术、高速数据采集与处理、模式识别领域，涉及一种属于磨床加工中消空程、防碰撞实时在线监控装置，具体涉及基于声发射的磨削状态测控方法及装置。

背景技术

磨床状态测控系统的实现方法现状是：用于砂轮与工件的磨削状态的间接检测法，是通过传感器检测磨削过程中能反应砂轮与工件接触状态的某些参数，能够实现磨削状态的在线实时监测。

(1)振动信号检测技术

磨削过程产生的振动信号包含丰富的磨削振动状态信息，通过分析振动信号在时域和频域的特点，提取信号特征判断磨削工作状态。但各种因素造成的异常震动不容易排除，振动信号受磨削过程中颤振现象影响大，受外界低频干扰大使磨削状态检测精度低，在高精度的磨削加工中应用受到限制。

(2)电机功率检测技术

在磨削加工过程中，随着砂轮与工件的接触程度加大，磨削力逐渐变大，驱动砂轮电机的工作电流也随之发生变化，使之可以采用检测电机工作的实时功率判断砂轮与工件的接触状态。但在线监测时受电网的波动影响大，且对磨削状态检测灵敏度低、精度低，判断的延迟时间长，在粗磨加工中广泛应用，在高精度磨削中无法使用。

(3)声发射信号检测技术

声发射信号具有频率高、频带范围宽、灵敏度高、信噪区分能力强等优点，包含了丰富的与磨削状态直接相关的特征信息，而且在不同的磨削阶段声发射信号的幅值差别也非常明显，利用AE传感器将声发射信号转换成电压信号，通过滤波器可以直接除去机械振动和周围环境噪声的低频干扰，容易得到较纯净的AE信号。

在声发射信号处理技术方面，主要有以下的方法：

1、特征参数分析法：主要在时域中分析和处理声发射信号，AE传感器检测到的声发射信号经过信号调理电路预处理后，由声发射处理仪器提取声发射信号的特征(主要包括幅度值、振铃计数、持续时间、门槛阀值和能量等)，见文献“袁哲.DSP在声发射信号模式识别中的应用研究[D].南京林业大学,2009.”。为了更精确的描述声发射信号在时域的数字特征，又引入了幅值域(均值、均方值、方差等)来表示声发射信号的平均能量强度。

(1)计数分析法：通过记录单位时间内声发射信号超过预先设定阈值的次数，用来判断事件状态。缺点是易受放大器、滤波器和阈值电压工作状况的影响，见文献“刘磊.高温高压下金刚石生长的声发射实时动态检测与长大机制研究[D].山东大学,2011.”

(2)幅度分析法：通过分析信号峰值幅度和幅度分布来判断声发射强度。通过应用对数放大器，可以消除传感器的响应频率、阻尼特性等对其的影响，实现对声发射信号的峰值幅度精确测量。

(3)能量分析法：能量与声发射信号波形包络线下的面积成正比，通常用均方根电压Vrms表示。声发射信号的能量与材料的物理参数有关，不需要建立数学模型就可直接计算。

2、波形分析方法