[发明专利]一种铝合金薄壁件铣削过程表面质量在线检测系统

权利要求书

1.一种铝合金薄壁件铣削过程表面质量在线检测系统，其特征在于：包括依次连接的数据采集模块、时谱图生成模块、频谱图生成模块和表面质量在线检测模块；所述时谱图生成模块与表面质量在线检测模块连接；

所述数据采集模块用于采集铝合金薄壁件铣削过程中的切削力信号和噪音信号；

所述时谱图生成模块用于将切削力信号和噪音信号进行分解与重构处理后获得切削力时谱信号和噪音时谱信号，并分别根据切削力时谱信号和噪音时谱信号生成切削力时谱图和噪音时谱图，所述分解与重构处理采用小波包变换实现；

所述频谱图生成模块用于将切削力时谱信号和噪音时谱信号进行时频转换后获得切削力频谱信号和噪音频谱信号，并分别根据切削力频谱信号和噪音频谱信号生成切削力频谱图和噪音频谱图，所述时频转换采用快速傅里叶变换实现；

所述表面质量在线检测模块用于根据所述切削力时谱图、噪音时谱图、切削力频谱图和噪音频谱图获取表面残余应力区间，并根据所述表面残余应力区间实现对铝合金表面质量在线检测，其中，所述表面质量在线检测模块包括训练好的4个并行的Resnet18网络模型、以及Resnet18网络模型的输出端依次连接的全连接层和softmax层，其中，所述表面质量在线检测模块是通过如下步骤训练获得：

(1)采集铝合金薄壁件铣削过程中的切削力信号、噪音信号和表面残余应力值，对切削力信号和噪音信号进行截取，再将所述表面残余应力值分为n个不重叠的区间；

(2)将切削力信号和噪音信号进行分解与重构处理后获得切削力时谱信号和噪音时谱信号，并分别根据切削力时谱信号和噪音时谱信号生成切削力时谱图和噪音时谱图，所述分解与重构处理采用小波包变换实现；

(3)将切削力时谱信号和噪音时谱信号进行时频转换后获取切削力频谱信号和噪音频谱信号，并分别根据切削力频谱信号和噪音频谱信号生成切削力频谱图和噪音频谱图；所述时频转换采用快速傅里叶变换实现；

(4)将切削力时谱图、噪音时谱图、切削力频谱图和噪音频谱图与对应的表面残余应力值所在区间进行标记；并将标记后的切削力时谱图、噪音时谱图、切削力频谱图和噪音频谱图划分为训练集、校验集和测试集，训练集、校验集和测试集的比例为10:1:1；

(5)将训练集输入至表面质量在线检测模块内进行训练，再将校验集输入至训练后的表面质量在线检测模块内进行校验，最后将测试集输入校验后的表面质量在线检测模块进行测试，直到校验后的表面质量在线检测模块输出结果为测试集对应的表面残余应力区间内，获得训练好的表面质量在线检测模块。

2.根据权利要求1所述的一种铝合金薄壁件铣削过程表面质量在线检测系统，其特征在于：所述数据采集模块包括用于采集切削力信号的切削力测试仪和用于采集噪音信号的音频采集器。

3.根据权利要求1或2所述的一种铝合金薄壁件铣削过程表面质量在线检测系统，其特征在于：所述切削力信号和噪音信号的采样频率大于铣削过程中的铣刀的转速与铣刀的刀刃数量两者的乘积。

4.根据权利要求1所述的一种铝合金薄壁件铣削过程表面质量在线检测系统，其特征在于：所述时谱图生成模块对切削力信号和噪音信号分解，具体按照如下公式进行：

式中，WPS_n^(j)(τ,f)是分解得到的n个时频分量信号，n属于[0,2P-1]，P为阶数；j为第k层小波包分解数；u_n(t)为小波包基函数；S_n^(j)为小波包分量；t为时间；f为采样频率；τ为输入信号的相位；

对分解后的时频分量信号进行重构，具体按照如下公式进行：

式中，WPS_n^(j)(τ,f)是分解得到的n个时频分量信号，n属于[0,2P-1]，P为阶数；WPS^(j)(τ,f)为将n个时频分量信号重构后的时频信号。

5.根据权利要求1所述的一种铝合金薄壁件铣削过程表面质量在线检测系统，其特征在于：步骤(5)中将训练集输入至表面质量在线检测模块内进行训练，训练过程中的调节学习率：

式中，decayrate为衰减率，epoch_num为循环次数，α₀为初始学习率。