本發(fā)明涉及機床在線監(jiān)控方法，尤其是涉及的是一種結(jié)合聲發(fā)射和電流檢測的加工狀態(tài)監(jiān)控方法。

背景技術：

薄壁異形件表面加工時需要時刻監(jiān)控其加工狀態(tài)，保證最終加工的表面平整度及工件的完整度。就目前而言，薄壁異形件表面加工出現(xiàn)故障的主要形式是表面材料破裂，形成表面缺陷。在表面材料出現(xiàn)破裂的早期階段，會出現(xiàn)表面應力分布不均出現(xiàn)應力集中點，此時加工刀頭的振動信號非常微弱，與來自機械設備其它部件的振動信號混在一起，而當加工出現(xiàn)不正常聲音時加工件已失效，以致不能有效地阻止故障的出現(xiàn)。而目前的監(jiān)控方法主要是人工監(jiān)控，由人判斷加工異常聲音等方式往往只能發(fā)現(xiàn)已出現(xiàn)的故障而不能預防故障的出現(xiàn)；而基于振動信號的檢測由于其信噪比低，造成檢測難度高，準確率低。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供準確率高、可靠性高的一種結(jié)合聲發(fā)射和電流檢測的加工狀態(tài)監(jiān)控方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術解決方案是：一種結(jié)合聲發(fā)射和電流檢測的加工狀態(tài)監(jiān)控方法，包括以下步驟：

（1）建立樣本庫：

分別采集機床每個加工階段正常加工時的聲發(fā)射信號和主軸電流信號；分別采集機床每個加工階段異常加工時的聲發(fā)射信號和主軸電流信號；

對聲發(fā)射信號進行聲發(fā)射信號處理得到頻譜數(shù)據(jù)狀態(tài)的聲發(fā)射樣本數(shù)據(jù)，對主軸電流信號進行主軸電流信號處理得到頻譜數(shù)據(jù)狀態(tài)的主軸電流樣本數(shù)據(jù)；

將正常加工時的聲發(fā)射樣本數(shù)據(jù)和主軸電流樣本數(shù)據(jù)儲存在正常樣本數(shù)據(jù)庫中；將異常加工時的聲發(fā)射樣本數(shù)據(jù)和主軸電流樣本數(shù)據(jù)儲存在異常樣本數(shù)據(jù)庫中；

（2）設置閾值：通過比對正常樣本數(shù)據(jù)庫和異常樣本數(shù)據(jù)庫中的聲發(fā)射樣本數(shù)據(jù)，設置聲發(fā)射正常閾值；通過比對正常樣本數(shù)據(jù)庫和異常樣本數(shù)據(jù)庫中的主軸電流樣本數(shù)據(jù)，設置主軸電流正常閾值；聲發(fā)射正常閾值和主軸電流正常閾值為對長時間正常加工和異常加工數(shù)據(jù)分析后得到的經(jīng)驗值；

（3）實時數(shù)據(jù)比對：實時采集機床加工時的聲發(fā)射信號進行聲發(fā)射信號處理后得到實時聲發(fā)射數(shù)據(jù)；實時采集機床加工時的主軸電流信號進行主軸電流信號處理后得到實時主軸電流數(shù)據(jù)；

在計算機中，將實時聲發(fā)射數(shù)據(jù)與正常樣本數(shù)據(jù)庫中的當前加工階段下的聲發(fā)射樣本數(shù)據(jù)進行幅值比對，判斷比對結(jié)果是否超過了聲發(fā)射正常閾值，如果超過則定義聲發(fā)射檢測結(jié)果為異常狀態(tài)；

在計算機中，將實時主軸電流數(shù)據(jù)與正常樣本數(shù)據(jù)庫中的當前加工階段下的主軸電流樣本數(shù)據(jù)進行幅值比對，判斷比對結(jié)果是否超過了主軸電流正常閾值，如果超過則定義主軸電流檢測結(jié)果為異常狀態(tài)；

（4）結(jié)果執(zhí)行：當聲發(fā)射檢測結(jié)果和/或主軸電流檢測結(jié)果為異常狀態(tài)時，定義機床為異常加工狀態(tài)，計算機向機床發(fā)送停機信號。

優(yōu)選的，還包括步驟（5）：將異常加工狀態(tài)的實時聲發(fā)射數(shù)據(jù)和實時主軸電流數(shù)據(jù)存入異常樣本數(shù)據(jù)庫中。

優(yōu)選的，聲發(fā)射信號處理包括將聲發(fā)射信號經(jīng)放大器放大后，由高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行信號采集，采樣頻率2mhz將采樣后的信號進行四階巴特沃斯濾波后，再進行fft變換。采樣頻率為2mhz是因為聲發(fā)射信號的頻譜較寬，從數(shù)千hz到數(shù)兆hz，在進行數(shù)據(jù)采集的同時，還要進行濾波、參數(shù)特征提取等處理，因此對數(shù)據(jù)采集設備有較高的要求。全波形采集功能的專用聲發(fā)射儀價格高昂，這里以達到2mhz的高速數(shù)字化儀的高速、高精度采樣能力為硬件基礎，使用labview開發(fā)的聲發(fā)射測試系統(tǒng)，同樣可實時完成聲發(fā)射信號采集、存儲、振鈴特征參數(shù)提取等功能。

優(yōu)選的，主軸電流信號處理包括將主軸電流信號經(jīng)放大器放大，再通過硬件電路五階切比雪夫濾波器濾波處理后進行ad轉(zhuǎn)換，對轉(zhuǎn)換后的主軸電流信號每1ms一次的高速采樣，對采集的主軸電流信號進行fft變換。采樣頻率為每1ms一次，是保證至少10倍于信號頻率（保證信號不失真，采樣定理要求采樣頻率至少為信號頻率的2倍，實際應用一般取10倍以上）；采樣頻率越高，數(shù)據(jù)樣本越大，數(shù)據(jù)分析越準確。

優(yōu)選的，幅值對比的方法為將兩采樣區(qū)間內(nèi)的幅值的平方根值相減。

通過采用上述的技術方案，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過聲發(fā)射結(jié)合主軸電流檢測，雙重保障，可靠性高，進一步提高檢測的準確性。采用信噪比高的聲發(fā)射檢測技術，其信號的包絡譜譜線結(jié)構較為簡單，更容易找出故障的特征頻率，檢測準確性高；傳統(tǒng)的監(jiān)控方案只能發(fā)現(xiàn)故障，而本發(fā)明可以及時預測故障的出現(xiàn)，避免造成損失。

附圖說明

圖1為實時聲發(fā)射數(shù)據(jù)與聲發(fā)射樣本數(shù)據(jù)的比對圖；

圖2為實時主軸電流數(shù)據(jù)與主軸電流樣本數(shù)據(jù)的比對圖。

具體實施方式

以下具體實施例來進一步說明本發(fā)明。

本發(fā)明一種結(jié)合聲發(fā)射和電流檢測的加工狀態(tài)監(jiān)控方法，包括以下步驟：

（1）建立樣本庫：

一種結(jié)合聲發(fā)射和電流檢測的加工狀態(tài)監(jiān)控方法，包括以下步驟：

（1）建立樣本庫：

分別采集機床每個加工階段正常加工時的聲發(fā)射信號和主軸電流信號；分別采集機床每個加工階段異常加工時的聲發(fā)射信號和主軸電流信號；現(xiàn)有的機床上一般設有聲發(fā)射傳感器和主軸電機電流傳感器，聲發(fā)射信號由聲發(fā)射傳感器提供，主軸電流信號由主軸電機電流傳感器提供；

對聲發(fā)射信號進行聲發(fā)射信號處理得到頻譜數(shù)據(jù)狀態(tài)的聲發(fā)射樣本數(shù)據(jù)；聲發(fā)射信號處理包括將聲發(fā)射信號經(jīng)放大器放大后，由高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行信號采集，采樣頻率2mhz將采樣后的信號進行四階巴特沃斯濾波后，再進行fft變換。

對主軸電流信號進行主軸電流信號處理得到頻譜數(shù)據(jù)狀態(tài)的主軸電流樣本數(shù)據(jù)；主軸電流信號處理包括將主軸電流信號經(jīng)放大器放大，再通過硬件電路五階切比雪夫濾波器濾波處理后進行ad轉(zhuǎn)換，對轉(zhuǎn)換后的主軸電流信號每1ms一次的高速采樣，對采集的主軸電流信號進行fft變換。

將正常加工時的聲發(fā)射樣本數(shù)據(jù)和主軸電流樣本數(shù)據(jù)儲存在正常樣本數(shù)據(jù)庫中；將異常加工時的聲發(fā)射樣本數(shù)據(jù)和主軸電流樣本數(shù)據(jù)儲存在異常樣本數(shù)據(jù)庫中。

（2）設置閾值：通過比對正常樣本數(shù)據(jù)庫和異常樣本數(shù)據(jù)庫中的聲發(fā)射樣本數(shù)據(jù)，設置聲發(fā)射正常閾值；通過比對正常樣本數(shù)據(jù)庫和異常樣本數(shù)據(jù)庫中的主軸電流樣本數(shù)據(jù)，設置主軸電流正常閾值；聲發(fā)射正常閾值和主軸電流正常閾值為對長時間正常加工和異常加工數(shù)據(jù)分析后得到的經(jīng)驗值。

（3）實時數(shù)據(jù)比對：

實時采集機床加工時的聲發(fā)射信號進行聲發(fā)射信號處理后得到實時聲發(fā)射數(shù)據(jù)；聲發(fā)射信號處理包括將聲發(fā)射信號經(jīng)放大器放大后，由高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行信號采集，采樣頻率2mhz將采樣后的信號進行四階巴特沃斯濾波后，再進行fft變換。

實時采集機床加工時的主軸電流信號進行主軸電流信號處理后得到實時主軸電流數(shù)據(jù)；主軸電流信號處理包括將主軸電流信號經(jīng)放大器放大，再通過硬件電路五階切比雪夫濾波器濾波處理后進行ad轉(zhuǎn)換，對轉(zhuǎn)換后的主軸電流信號每1ms一次的高速采樣，對采集的主軸電流信號進行fft變換。

在計算機中，將實時聲發(fā)射數(shù)據(jù)與正常樣本數(shù)據(jù)庫中的當前加工階段下的聲發(fā)射樣本數(shù)據(jù)進行幅值比對，幅值對比的方法為將兩采樣區(qū)間內(nèi)的幅值的平方根值相減。判斷比對結(jié)果是否超過了聲發(fā)射正常閾值，如果超過則定義聲發(fā)射檢測結(jié)果為異常狀態(tài)；

在計算機中，將實時主軸電流數(shù)據(jù)與正常樣本數(shù)據(jù)庫中的當前加工階段下的主軸電流樣本數(shù)據(jù)進行幅值比對，幅值對比的方法為將兩采樣區(qū)間內(nèi)的幅值的平方根值相減。判斷比對結(jié)果是否超過了主軸電流正常閾值，如果超過則定義主軸電流檢測結(jié)果為異常狀態(tài)。

（4）結(jié)果執(zhí)行：當聲發(fā)射檢測結(jié)果和/或主軸電流檢測結(jié)果為異常狀態(tài)時，定義機床為異常加工狀態(tài)，計算機向機床發(fā)送停機信號。

（5）將異常加工狀態(tài)的實時聲發(fā)射數(shù)據(jù)和實時主軸電流數(shù)據(jù)存入異常樣本數(shù)據(jù)庫中。隨著樣本庫規(guī)模的擴大，由于之后的檢測會有更多的故障特征比較值，所以之后的檢測會越來越準確。

以上所述的，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，不能限定本發(fā)明實施的范圍，凡是依本發(fā)明申請專利范圍所作的均等變化與裝飾，皆應仍屬于本發(fā)明涵蓋的范圍內(nèi)。