[发明专利]一种声发射刀具监视方法与装置

说明书

本发明涉及切削过程刀具破损与异常磨损的监视方法与装置。

切削过程刀具的在线实时监视是现代制造系统和重型机械制造中保障设备与工件安全，提高产品质量与发挥设备效能、减轻劳动强度、实现无人化与柔性化自动加工的关键技术之一。

根据声学原理发展起来的声发射（AE-Acoustio    Emission）刀具破损与磨损在线自动检测与实时识别判断，是目前刀具在线监视技术领域中一种先进而有前途的监视技术。国外主要采用一、两项AE信号指标-“振铃记数”、“包络检波幅值”作为刀具工况识别参数，经予置固定门槛判断报警，因而它们难于对具有非平稳性、非周期性、模糊性的AE信号作出高精度的辨识判断。中国发明专利，申请号：86104652，利用模糊判断查询表完成多通路、多层次获取的AE信号的微电脑实时识别系统技术单元装置的研究与开发，达到了较高的工作精度。该专利由AE传感器，对AE信号进行放大和选频检波的声发射波形处理装置、接口电路和对刀具异常进行判断的微型计算机和显示器所组成。其工作原理为用AE传感器获取切削过程AE声源的AE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、多层次的综合信息，根据这些信息再由微型计算机基于模糊判断模型来进行比较，对这些信息进行识别，以确定刀具的异常工况。但按照柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）与计算机集成制造系统（CIM）对自动加工机床的实用化刀具监视技术要求，该申请专利尚有以下列不足之处：（1）工作精度还不够高，即要提高报警成功率、降低误报率;（2）报警响应时间还较长;（3）抗瞬态强干扰能力较差。

本发明的目的是提供一种响应时间短、误报率低，抗瞬态强干扰能力强的刀具监视方法及使用该方法的监视装置。

本发明的技术解决方案是提供一种用刀具破损、磨损时的声发射信号来监视刀具工况的方法，其具体内容由声发射、声发射信号的传感，放大、选频、 滤波，声发射信号形成综合信息和由微型计算机利用声发射模糊判断模型对综合信息进行刀具异常判断的步骤所组成，其特征是综合信息是由声发射信号的“振铃记数”、“事件记数”、“一、二次包络检波波峰最大幅值”、“一次包络检波波延续时间”、“一次包络检波波形变化率”所构成。

本发明的声发射刀具监视装置由声发射信号检测装置、微型计算机接口电路、报警输出与交联接口电路、多级滤波器和利用模糊判断模型程序的微型计算机所组成，其特征是具有一次包络检波电路、振铃记数电路、事件记数电路、二次包络检波电路、波形特征分析电路、高频脉冲形成电路、低频脉冲形成电路以及自适应信号处理电路所组成，该微处理机是对振铃记数，事件记数，一、二次包络检波波峰最大幅值，一次包络检波波延续时间，一次包络检波波形变化率六个参数进行模糊识别判断的微型计算机。

本发明的基本工作原理如下：

AE传感器采集声发射信号，对该信号进行处理后得到振铃记数，事件记数，一、二次包络检波波峰最大幅值，一次包络检波波延续时间、一次包络检波波形变化率等六个参数。同时根据专家知识与经验建立的模糊识别判断规则对六个参数的数值进行模糊分级统计，按记分函数法分别给出每一级的分数值，然后按依据各参数对刀具破损影响的程序按下式表达的规则进行判断、求解出结论D。

If[    ]＊[    ]＊[    ]＊····[    ]，then    D，式中[    ]为运算对象即“振铃记数”，“一、二次包络检波波峰最大幅值”，“事件记数”，“一次包络检波波延续时间”，“一次包络检波波形变化率”等参数的分值。

＊为逻辑关系，如“与”“非”“或”等。当运算结果D大于某一定值时，系统即报警。

附图说明如下：

图1为AE车削监视仪的系统框图。

图2为多级低通滤波器电路原理图。

图3为高通滤波器电路原理图。

图4为[4]～[13]的电路原理图。

图5为专家知识库判断系统软件系统框图。

结合附图说明本发明的实施例（AE车削监视仪）如下：

图1是AE车削监视仪的系统框图。

该仪器由声发射（AE）信号检测与处理单元（Ⅰ），微电脑接口电路（Ⅱ），模糊识别判断规则程序固化其中的微电脑系统（Ⅲ），报警输出与交联接口电路（Ⅳ）和高性能的瞬态抗干扰稳压电源（Ⅴ）等五部分组成。各组成单元分述如下：