[发明专利]一种带电脑的刀具异常声发射监测装置

说明书

本发明涉及切削加工中刀具的异常监测装置。

在柔性生产系统中，必须对运行过程进行实时监控，其中切削刀具的异常监测具有重要意义，直接关系到被加工零件的质量和生产安全。

声发射（Acoustic    Emission，以下简称AE）是指固体材料在外加应力的作用下产生形变、破损或裂纹时所发出的应力波。AE技术是对刀具异常进行在线实时监测的一种方法，这种方法的特点是反应灵敏、安装调试方便、适用于车间环境，但在监测信号中存在噪声。

刀具异常AE监测装置一般包括3个组成部分，即AE信号的传感、放大与选频滤波，AE波形变换处理和刀具异常比较判断。

AE信号的传感、放大与选频滤波部分，一般都是通用的。频率的检测范围常选在50KHZ-1MHZ之间，AE传感器多采用PZT压电陶瓷传感器。

AE波形变换处理部分，由一路或多路的时域波形变换组成，如包络检波变换、积分变换和均值变换等。

刀具异常比较判断部分，大致有以下5种类型：

（1）对AE信号进行单路波形变换后，通过电压比较器直接与设定的刀具异常报警槛值进行幅值比较，若超过槛值就作刀具异常报警。该报警槛值是根据实际切削用量人为事先设定的，如昭55-124065、昭56-8545、昭59-146739和US4332161（820601）等专利。

（2）对AE信号同样也进行单路波形变换后，通过电压比较器与设定的刀具异常报警槛值进行幅值比较，若超过槛值就作刀具异常报警。但该报警槛值不需要根据实际切削用量人为事先设定，而是借助微计算机对AE信号进行一定的运算处理，或借助同自动加工机床有信息相通的记忆回路（由半导体存贮器组成），再由一个数字模拟转换器提供，如昭56-36050和昭59-142050等专利。

（3）对AE信号采取两路不同方式或方式相同但参数相异的波形变换后，进行二者的比较运算或逻辑相与运算，若超过给定的刀具异常限定值就作刀具异常报警，如昭56-73345、昭59-227354和昭59-227355等专利。

（4）在上述（1）的基础上再结合其他监测方法（如对自动加工机床控制回路的监测，把刀具异常监测同机床工作状况相结合），二者进行逻辑相与运算，同时满足时就作刀具异常报警，如昭59-154356等专利。

（5）利用一个能模拟实际加工中刀具异常时所产生的AE信号的信号发生器，对不同规格的刀具选用不同参数的刀具异常模拟信号。在切削加工之前，将该模拟信号施加于被加工零件上，调整刀具异常AE监测系统的控制参数至一最佳状态。在实时切削加工过程中，若经放大和滤波后的AE信号幅值超过已调整好的刀具异常报警槛值时就作刀具异常报警。如果将刀具监测系统和数控机床的控制单元相联接并利用微型计算机，可以实现刀具异常AE监测系统控制参数的自动调整，如EP165482（851227）等专利。

上述5种刀具异常比较判断方式的共同特征在于，刀具异常判断是通过一个电压幅值比较器或逻辑关系运算器而实现的。

切削过程是一个非线性且时变的非平稳随机过程，切削过程中产生的AE信号的特点是噪声较大且信号有畸变。AE传感器所接收到的信号不仅与刀具的各种异常状态有关，而且与切屑的变形和断裂方式、刀具和工件的材质种类、切削用量的选择及信号的传播途径等多种因素有关，因此难于在刀具异常和AE信号特征之间建立精确的数学模型，需要采用其它有效办法解决这一关键问题。

本发明的目的在于提出一种依据刀具异常和AE信号之间建立的模糊数学模型，对切削加工过程的AE信号进行实时分析和识别的基础上作出诊断的刀具异常声发射微型计算机监测装置。

本发明的带电脑的刀具异常声发射监视装置，是由AE传感器（1），对AE信号进行放大和选频检波的声发射波形处理装置，以及接口电路（11）和对刀具异常进行比较判断的微型计算机（12）和显示器（13）所组成，其特征在于：声发射波形处理装置是一种多通路、多层次的综合信息形成电路单元，微型计算机是一种基于模糊判断模型对刀具异常进行实时判断识别的微型计算机。

其工作原理为，用AE传感器获取切削过程AE声源的AE电信号，经放大与选频滤波后，进行声发射波形变换处理，获取快检波、慢检波、低频脉冲和高频脉冲的多通路、多层次综合信号，根据这些信息进行识别判断，刀具异常的比较判断部分采用了基于模糊判断模型微型计算机实时识别系统来完成。

本发装置可对刀具异常进行报警，可在生产条件下对机床刀具进行实时监测。

图1是本装置的组成原理框图，各组成单元分别说明如下：