[发明专利]基于全相位FFT法的主轴不平衡振动信号处理方法

说明书

本发明提出了一种基于全相位FFT法的主轴不平衡振动信号处理方法，首先将采集到的高速主轴的不平衡振动信号进行去噪处理，然后利用FIR滤波器中的等波纹逼近滤波器对去噪后的振动信号进行滤波，得到基准信号，再对基准信号进行整周期采样得到基频信号，最后基于全相位FFT法提取基频信号的幅值和相位，本发明将全相位FFT法用于主轴不平衡振动信号的处理上，在幅值提取上继承了高精度与稳定性的同时，在相位的提取上更加准确、平稳，为后续的动平衡研究打下坚实基础。

技术领域

本发明涉及高速主轴在线动平衡技术领域，具体涉及一种基于全相位FFT法的主轴不平衡振动信号处理方法。

背景技术

高速数控机床是装备制造业的技术基础和发展方向之一，高速数控机床的技术水平高低是衡量一个国家制造业水平高低的标志，主轴是所有旋转加工的数控机床中最为关键的部件之一，其性能对整台机床的加工精度、可靠性等都有至关重要的影响，旋转不平衡是影响主轴回转精度的主要因素之一，在主轴上实现动平衡已成为一项不可或缺的关键技术,它是以提高主轴的回转精度、可靠性及使用寿命为奋斗的终极目标，在线动平衡的效率和精度，结构和安装，以及是否产生附加不平衡等方面的技术问题的解决将是在线动平衡装置考虑的重要问题。

实现在线动平衡的前提，首先要解决的的是振动信号的在线提取，而振动信号的提取并非易事，目前对不平衡振动信号的相位提取精度还有提高的空间，因此采用一种可以提高相位提取的精度方法。

发明内容

针对现有的技术在相位提取上的不够精准的不足，本发明提出了一种基于全相位FFT法的主轴不平衡振动信号处理方法，包括以下步骤：

步骤1：运转高速主轴机械式动平衡装置采集高速主轴不平衡振动信号，并对振动信号进行去噪处理，具体步骤如下：

1.1)定义采集的高速主轴的振动信号为w(t)，并对振动信号w(t)以相同时间间隔提取n个采样点t，记为t＝0,1,2,…,n-1；

w(t)＝f(t)+e(t)，t＝0,1,2,3...n-1                        (1)

式中，w(t)表示提取的高速主轴的振动信号，f(t)表示振动信号中的基频信号成分，e(t)表示振动信号中的噪声信号成分；

1.2)利用公式(2)对振动信号w(t)进行小波分解，则信号分解后表示为公式(3)所示；

式中，ψ(t)表示离散小波母系数；

式中，w'(t)表示振动信号w(t)分解后的表现形式，κ表示离散小波系数；

1.3)利用公式(4)给出的阈值函数对离散小波系数κ进行阈值处理，其中阈值λ的确定如公式(5)～(6)所示，

式中，表示阈值处理后的离散小波系数，λ表示阈值；

式中，M表示小波分解得到的离散小波系数κ的总个数，C表示M个离散小波系数的平方和，λ₁表示统一阈值，λ₂表示无偏风险阈值；

1.4)将经过阈值函数处理后的离散小波系数进行小波逆变换、重构得到去噪后的振动信号；

步骤2：利用FIR滤波器中的等波纹逼近滤波器对去噪后的振动信号进行滤波，得到基准信号；

步骤3：对基准信号按照2^m选取采样点进行整周期采样得到基频信号，其中m＝1,2,…,N，即基频信号的整周期采样点个数为N；