[其他]一種帶電腦的刀具異常聲發射監測裝置

無效

• 申請號: 86104652
• 申請日: 1986-07-04
• 公開（公告）號: CN86104652A
• 公開（公告）日: 1988-01-13
• 發明（設計）人: 方向東;張伯鵬
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B23Q17/00
• 分類號: B23Q17/00
• 代理公司: 清華大學專利事務所
• 代理人: 付尚新

本發明涉及切削加工中刀具的異常監測裝置。

在柔性生產系統中，必須對運行過程進行實時監控，其中切削刀具的異常監測具有重要意義，直接關系到被加工零件的質量和生產安全。

聲發射（Acoustic????Emission，以下簡稱AE）是指固體材料在外加應力的作用下產生形變、破損或裂紋時所發出的應力波。AE技術是對刀具異常進行在線實時監測的一種方法，這種方法的特點是反應靈敏、安裝調試方便、適用于車間環境，但在監測信號中存在噪聲。

刀具異常AE監測裝置一般包括3個組成部分，即AE信號的傳感、放大與選頻濾波，AE波形變換處理和刀具異常比較判斷。

AE信號的傳感、放大與選頻濾波部分，一般都是通用的。頻率的檢測范圍常選在50KHZ～1MHZ之間，AE傳感器多采用PZT壓電陶瓷傳感器。

AE波形變換處理部分，由一路或多路的時域波形變換組成，如包絡檢波變換、積分變換和均值變換等。

刀具異常比較判斷部分，大致有以下5種類型：

（1）對AE信號進行單路波形變換后，通過電壓比較器直接與設定的刀具異常報警檻值進行幅值比較，若超過檻值就作刀具異常報警。該報警檻值是根據實際切削用量人為事先設定的，如昭55-124065、昭56-8545、昭59-146739和US4332161（820601）等專利。

（2）對AE信號同樣也進行單路波形變換后，通過電壓比較器與設定的刀具異常報警檻值進行幅值比較，若超過檻值就作刀具異常報警。但該報警檻值不需要根據實際切削用量人為事先設定，而是借助微計算機對AE信號進行一定的運算處理，或借助同自動加工機床有信息相通的記憶回路（由半導體存貯器組成），再由一個數字模擬轉換器提供，如昭56-36050和昭59-142050等專利。

（3）對AE信號采取兩路不同方式或方式相同但參數相異的波形變換后，進行二者的比較運算或邏輯相與運算，若超過給定的刀具異常限定值就作刀具異常報警，如昭56-73345、昭59-227354和昭59-227355等專利。

（4）在上述（1）的基礎上再結合其他監測方法（如對自動加工機床控制回路的監測，把刀具異常監測同機床工作狀況相結合），二者進行邏輯相與運算，同時滿足時就作刀具異常報警，如昭59-154356等專利。

（5）利用一個能模擬實際加工中刀具異常時所產生的AE信號的信號發生器，對不同規格的刀具選用不同參數的刀具異常模擬信號。在切削加工之前，將該模擬信號施加于被加工零件上，調整刀具異常AE監測系統的控制參數至一最佳狀態。在實時切削加工過程中，若經放大和濾波后的AE信號幅值超過已調整好的刀具異常報警檻值時就作刀具異常報警。如果將刀具監測系統和數控機床的控制單元相聯接并利用微型計算機，可以實現刀具異常AE監測系統控制參數的自動調整，如EP165482（851227）等專利。

上述5種刀具異常比較判斷方式的共同特征在于，刀具異常判斷是通過一個電壓幅值比較器或邏輯關系運算器而實現的。

切削過程是一個非線性且時變的非平穩隨機過程，切削過程中產生的AE信號的特點是噪聲較大且信號有畸變。AE傳感器所接收到的信號不僅與刀具的各種異常狀態有關，而且與切屑的變形和斷裂方式、刀具和工件的材質種類、切削用量的選擇及信號的傳播途徑等多種因素有關，因此難于在刀具異常和AE信號特征之間建立精確的數學模型，需要采用其它有效辦法解決這一關鍵問題。

本發明與上述發明不同之處在于，AE波形變換處理采用多通路多層次方法獲取綜合信息，不僅抽取AE信號的均值分量，而且還抽取高頻分量。刀具異常比較判斷部分中，判斷刀具異常不是通過一個簡單的電壓比較器，而是依據所建立的刀具異常和AE信號之間的模糊數學模型，在對切削加工過程的AE信號進行實時分析與識別的基礎上做出診斷。所以本發明的特點在于對切削加工過程中的單源AE信號進行多通路、多層次的波形變換獲取多方面的綜合信息，并依據模糊判斷模型，用硬件電路與控制軟件提供了一個在線實用的帶電腦的刀具異常聲發射監測裝置。

圖1是本裝置的組成原理框圖，各組成單元分別說明如下：

〔1〕～〔6〕是AE信號的傳感與放大濾波單元，其中〔1〕是AE傳感器，〔2〕是前置放大器，增益為40～80dB。〔3〕是高通濾波器，截止頻率為100KHZ。〔4〕是主放大器，增益為40dB并可調。〔5〕是高通濾波器，截止頻率為300KHZ。〔6〕是低通濾波器，截止頻率為1MHZ。