[发明专利]一种滑动结合面磨损在线监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种滑动结合面磨损在线监测方法，属于机床检测技术领域。

背景技术

目前，在制造业中，金属切削需要机床有高刚性、高阻尼特性和高金属除率，滑动导轨一直得到广泛的使用。其接触面积大，承受的冲击能力较强，可作为承载、定位功能，导轨的滑动结合面健康状况影响到整台设备的精度。金属切削机床结构复杂，工作中行程大，滑动结合面暴露在工业现场，环境恶劣，灰尘、切屑及加工过程中的动态载荷都会造成结合面间油膜破坏，形成边界摩擦或干摩擦，出现非正常磨损。针对此类情况，企业只能通过被动的定期维护保养，保证设备结合面精确配合。

油液颗粒法利用结合面磨损过程中产生的金属颗粒在油液中的浓度来评估磨损程度，实现结合面工作中的健康状况监测；颗粒静电法，利用物理摩擦生电物理现象，结合面摩擦过程中产生的颗粒携带电荷，颗粒在流动的油液中通过静电传感器，得到颗粒的静电信号，再通过信号处理方法，提取静电信号特征参数，评估结合面摩擦状况。但是这二种方法需要润滑油处于密封腔体内，通过特定的回路不停循环，显然这二种方法无法应用于暴露在现场的结合面磨损监测。而且机床设备切削金属过程中会产生大量金属颗粒，也严重影响到这二种方法磨损评估结果。振动法是结合面在磨损一定程度后，刚度改变， 结构在周期性的载荷冲击下，产生异常振动。但是往往设备结构复杂，该方法就需要前期的训练数据，才能可靠的评估结合面磨损状况，而且这往往是磨损发生到一定的程度后才产生，不适用于用于设备滑动结合面精度保持。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种滑动结合面磨损在线监测方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种滑动结合面磨损在线监测方法，包括步骤如下：

步骤一：将N个阵元，压电元件构成的阵列粘贴在滑块的上表面，正对上表面的下表面为摩擦面；设上表面为XY平面上，原点O在压电元件组成的阵列中心，Z轴垂直于XY面，并指向摩擦面；通过在线监测装置采集到声发射信号点数为K，则N个压电元件采集到的数据组成矩阵：

其中x_i(j)(i＝1，2…N；j＝1，2…K)，就是指采集到的一个点，其中i对应传感器标号，j代表采集到的信号序列号；

步骤二：计算阵列信号的协方差矩阵为：

其中X^T为矩阵X的转置；用Matlab软件中的函数eig或eigs求得R_x的特征值λ_i(i＝1，2…N)，及其对应的特征矢量设有I个λ_i＜1，则其对应的I个特征矢量(i＝1，2……I)张成的噪声子空间为：

步骤三：计算空间谱函数P(k)具有最大值，空间谱函数P(k)公式如下：

其中为的共轭，v^H(k)为v(k)共轭转置；

步骤四：如果用单位方向矢量Q表示声发射源信号来向，矢量p_i表示阵元坐标，v表示声发射波速，则第i个阵元接收信号相对于原点的时间延迟为：

其中θ是坐标原点与声源连线与z轴的夹角，Ф为原点与声源连线在XY平面上的投影与X轴正向夹角，a^T是a的转置，

步骤五：通过设置电荷放大器频带，使接收到的信号是窄带，则原点O接收到的信号复数形式为为：传感阵列接收到的每个电压元件信号模型可表示为：

将角频率ω_c＝2πf，代入上式得：

由于声波波速v＝λf，代入上式，所以：

设

则上式为：

令

将公式7代入公式3，通过对声发射方向矢量v(k)中的(θ，φ)逐点扫描，通过对θ在(0～π/2)，φ在(0～2π)内逐点计算，对P(k)谱峰搜索， 得到P(k)的每个点的值，并标注在横坐标是φ，纵坐标是θ的图形上，根据图形上P(k)谱峰的变化，来确定结合面出现磨损；

步骤六：通过已知Z轴方向上的高度为H，可将P(k)的每个点的值，标注在横坐标是Hcosφ/tanθ，纵坐标是Hsinφ/tanθ的，描述摩擦区域在结合面上的二维坐标。

作为优选方案，所述N个阵元滑块的上表面呈圆形排列。