[发明专利]机床高速铣削过程欠采样动态信号的逆压缩感知恢复方法

说明书

机床高速铣削过程欠采样动态信号的逆压缩感知恢复方法，涉及机床高速铣削过程振动信号的动态采集。首先在高速铣削工艺系统的非加工区域安装振动加速度传感器获取动态信号，信号采集过程中可避免使用抗混叠滤波处理。通过快速傅里叶变换将信号由时域转换到频域，并且根究能量集中原则对频谱进行分块。根据频谱分块的能量中心及主轴工作频率的倍频关系可以判断特征的类型归属。针对被压缩感知成分，通过快内谱线的频率、幅值、相位信息进行处理，可以恢复原始信号的真实频谱。最终通过快速傅里叶逆变换实现高精度的信号时域波形恢复。数值计算效率较高，具有良好的工程应用推广价值。

技术领域

本发明涉及机床高速铣削过程振动信号的动态采集，具体涉及一种在频域上对发生欠采样的信号进行高精度恢复的逆压缩感知方法。

背景技术

高速切削是现代机械加工的重要发展方向之一。由于高速铣削时切屑力显著降低并且加工热被切屑快速带离工艺系统，铣削加工中心在精加工过程的主轴旋转速度正在不断提高。为评估加工过程工艺系统特性，往往采用动态测试方法记录振动加速度信号。由于机床结构、加工材料、加工刀具的多样性，切削过程的动态响应范围很宽，并不是常规的有限带宽信号，因此难以选定合理的采样频率参数。

为了对信号中的动态成分进行有效提取，奈奎斯特采样定理要求动态测试的采样频率不小于实际成分最高频率的2倍。因此为了满足该要求，工程测试中常在模拟/数字转换前通过抗混叠滤波措施将频率高于采样频率二分之一的所有成分滤除(张鹏飞,林建辉,何刘.基于完全抗混叠DTCWPT和包络谱熵的轴承故障诊断,2017,(4):144-149)。该措施虽然能够使测量的信号不发生欠采样及频率折叠，但很可能扼杀有物理意义的高频动态特征。另一种方法是在不采用抗混叠滤波的前提下尽可能提高采样频率，以期望所有的动态特征能够被真实提取。这对数据采集装备的性能提出较高的要求。而且由于高速切削过程的响应范围广，高频成分丰富，仍然容易对部分的高频成分发生欠采样而发生频率折叠。

发明内容

本发明的目的在于围绕机床高速铣削过程的动态测试，针对不采用抗混叠滤波的信号采集问题，提供一种机床高速铣削过程欠采样动态信号的逆压缩感知恢复方法。

本发明包括以下步骤：

1)在零件的非加工表面上安装振动加速度传感器，在铣削进行过程中采集振动加速度信号并记录主轴的旋转速度f_w，单位为Hz；在动态测试过程中不使用抗混叠滤波，或者要求抗混叠滤波的截止频率高于采样频率f_s的10倍以上；

2)铣削加工完成后，取出加工过程的一段动态数据{x_org(n)|n＝1,2,...,N}，采样长度N为偶数，对{x_org}进行去均值处理得到{x(n)},如下式所示：

对去均值数据{x(n)}进行快速傅里叶变换，得到复值频谱函数对幅值谱中f∈[0,f_s/2]部分进行观察，根据能量集中的原则将原频谱分成m个首尾相接的频段成分，表示为：

其中，f_i,min和f_i,max分别表示第i个频谱成分的下截止频率和上截止频率，并且满足：

f_1，min＝0

f_i,min＜f_i,max

f_i,max＝f_i+1,min

f_m,max＝f_s/2

3)判断pp_i是否为被压缩感知成分并附加频段标签，其中i＝1,2,...,m；