[发明专利]一种多传感器时频特征融合的镗削颤振监测方法有效

专利信息
申请号: 201910686611.9 申请日: 2019-07-29
公开(公告)号: CN110434676B 公开(公告)日: 2020-05-22
发明(设计)人: 刘志兵;陈掣;刘书尧;王西彬;焦黎;梁志强;颜培;周天丰;解丽静;沈文华;滕龙龙 申请(专利权)人: 北京理工大学
主分类号: B23Q17/12 分类号: B23Q17/12
代理公司: 北京精金石知识产权代理有限公司 11470 代理人: 张黎
地址: 100089 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 传感器 特征 融合 镗削颤振 监测 方法
【说明书】:

发明提供了一种多传感器时频特征融合的镗削颤振监测方法,包括以下步骤:S1、利用多个传感器采集颤振信号;S2、将步骤S1中的颤振信号进行处理分析;S3、对步骤S2中处理分析后的信号进行特征融合和流形学习降维;S4、利用网格搜索法选取最优参数后代入支持向量机模型判断镗削颤振是否发生。本发明采用多传感器采集不同信号进行颤振监测,降低加工过程中其他因素的影响,大大提高颤振监测的可靠性和稳定性;采用时域和频域的不同特征进行融合,大大提高了颤振监测的准确性;采用特征融合技术,实现数据的压缩,减少需要处理的信息量,提高信息处理效率,可以对颤振进行实时监测。

技术领域

本发明涉及机械加工过程检测技术领域,特别是涉及机床颤振状态监测与辨识技术领域。

背景技术

深孔零件在机械产品中应用广泛,通常是机械系统的关键部位,如齿轮轴、曲轴和喷油器提供润滑油的孔;发动机的冷却孔;仪器仪表的精密管;枪管炮管等武器发射管等。深孔零件的加工质量对整个机械产品寿命影响显著,考虑到其复杂的加工工艺,如何保证加工质量仍是深孔零件加工过程的瓶颈之一。然而,在镗削加工过程中,由于刀杆悬伸量大,系统刚度弱,容易发生颤振。颤振会降低内孔的加工质量、影响加工效率、加剧刀具磨损和缩短机床寿命。由镗杆的颤振导致加工表面振纹,严重影响工件的加工精度,甚至还可能损害刀具和机床主轴。与此同时同时产生的噪声对机床操作者的身体健康也有影响。减小镗孔过程中颤振影响的关键在于能够准确检测出颤振状态,并及时调整加工参数,因此对镗孔加工的颤振监测方法进行研究十分必要。

近些年,国内外学者对颤振监测方法的研究逐渐增多,根据采集信号方法的不同,可以将监测方法分为直接法和间接法:直接法通过使用外部传感器如麦克风、加速度计或测力计等直接实现对颤振的监测;间接法通过CNC系统中提取驱动电机电流信号等方法间接推导出加工状态。目前大部分研究都是针对单传感器的2个或3个特征。不同信号特征中与颤振相关的信息量不同,针对一个未知模型,仅从少量特征来进行监测,通常无法满足监测要求。现有技术 CN108628249A公开了一种基于辅助叠加振动的铣削加工颤振控制方法及系统,在铣削加工过程中,通过在主轴-刀具切削进给方向上产生辅助叠加振动,来实现铣削加工颤振的控制。系统包括设置在铣削机床的主轴的前端的作动装置,连接机床的CNC系统读取主轴转速以及进给速度,以及铣刀刀具齿数的控制器,控制器用于根据辅助叠加振动的最大幅值和辅助叠加振动的周期频率得到作动力的最大幅值和频率,输出相应的控制电压信号控制作动装置。在铣削加工过程中,考虑实际工作转速条件及切削进给量,通过在进给方向上施加辅助叠加振动的方法,改变铣削颤振的稳定域边界,对颤振进行控制。

因此,现在急需设计一种颤振的监测方法,以克服现有技术中易发生颤振的问题。

发明内容

本发明针对现有技术中的问题,采用振动加速度传感器、声压传感器和电涡流传感器采集信号,通过信号处理分析、特征降维、模式识别和特征融合对镗削颤振进行监测,具体技术方案如下:

一种多传感器时频特征融合的镗削颤振监测方法,包括以下步骤:

S1、利用多个传感器采集颤振信号;

S2、将步骤S1中的颤振信号进行处理分析,具体包括采用经验模态分解技术去噪、特征分析和高维度空间重构;

S3、对步骤S2中处理分析后的信号进行特征融合和流形学习降维;

S4、利用网格搜索法选取最优参数后代入支持向量机模型判断镗削颤振是否发生。

具体地,所述步骤S1中多个传感器包括振动加速度传感器、声压传感器和电涡流传感器。

具体地,所述电涡流传感器与声压传感器采用非接触式安装在刀杆附近,所述振动加速度传感器采用接触式安装方式安装在刀杆附近。

具体地,所述步骤S2中特征分析包括时频特征分析、分形维数分析、复杂度指标分析。

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