收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于声发射信号多特征分析与融合的刀具磨损分类与预测技术

关山  
【摘要】:随着制造装备自动化与制造模式集成化的发展,刀具切削状态的实时监测成为实现加工过程自动化的一项关键技术,也是目前尚没解决的重要难题。因此,研究加工过程中的刀具状态监控技术对实现加工过程自动化、提升产品加工质量、提高生产率是至关重要的也是非常迫切的。 本文针对变切削条件下刀具磨损的分类及磨损量预测这一课题,通过大量的切削实验,在实验数据基础上,将现代信号处理方法,如:经验模态分解,高阶谱分析和小波变换等,引入刀具磨损特征的提取中,提出了基于最小二乘支持向量机的声发射信号多特征分析与融合的刀具磨损分类与磨损量预测方法。主要研究内容包括以下几个方面: 1、以往的刀具状态监测中,多数都采用传统的信号处理方法,如:时域统计分析、傅里叶变换、功率谱估计等,提取对应刀具不同磨损状态的信号特征。由于刀具在磨损过程中发出的各种信号的非平稳、非线性及非高斯特性,传统的信号处理方法,已经远远的不能满足特征提取的要求。本文将更适于非平稳、非线性、非高斯信号处理的现代信号处理方法,如:经验模态分解、高阶谱分析和小波包分析,引入刀具磨损信号的特征提取。 首先,提出了基于EMD与AR模型相结合的刀具磨损特征提取方法。通过EMD分解将非平稳的声发射信号分解为有限个平稳的IMF分量之和,针对不同磨损阶段信号EMD分解后得到IMF分量个数不同的问题,提出了基于相关系数法的IMF分量选择方法。建立各IMF分量的AR模型,提取模型系数构造特征向量。结合声发射信号实例,讨论了AR模型的定阶问题,利用所建模型对各IMF分量进行预测,预测误差分析结果证明了建立4阶AR模型的准确性,从而间接的证明了AR模型系数作为表征刀具磨损特征向量的有效性。 其次,将双谱分析理论引入刀具磨损状态监测信号的特征提取中,提出了基于双谱奇异值分解的刀具磨损特征提取方法。在对不同切削条件、不同磨损阶段的实验数据去均值及归一化处理的基础上,进行双谱分析,构造基于双谱的特征向量矩阵,然后对特征向量矩阵进行奇异值分解,选取奇异谱构造特征向量。实验结果表明:该方法可以有效的减少切削条件的影响,更适于变切削条件下刀具磨损特征的提取。 第三,提出了建立在小波包最优基基础之上的小波包能量及时域统计特征的信号特征提取方法。结合声发射信号实例,探讨了小波包分解层次的确定方法和小波包最优基的选择方法。在此基础上,提取最优小波包能量和时域统计特征构造特征向量,通过引入基于类内、类间距离评估因子的特征评估方法对所得的高维时域统计特征进行评估,将时域统计特征从72维降至13维,有效的减少了特征的维数,提高了特征分类的性能,避免了由于高维输入特征而产生的“维数灾难”。 2、提出了信号多特征分析与融合的刀具磨损特征提取方法。在传统的刀具磨损监测系统中,为了提高监测的准确率,许多学者提出了基于传感器融合的监测方法,但是这种方法用于实际的监测,却存在一定的弊端:首先,多传感器融合大大增加了监测系统的成本,其次,基于多传感器融合的监测系统在安装上可能会干涉加工人员的操作,甚至影响到加工机床的性能。鉴于此,本文采用上述提及的现代信号处理技术,提取同一信号在不同域内的特征,从不同的角度反映刀具的磨损状态,构造联合多特征向量。然后利用核主元分析法对联合多特征向量进行融合降维处理,通过提取累积贡献率大于85%的主元,生成对应刀具磨损的融合特征,有效剔除了联合多特征中与刀磨损相关性较小或冗余的特征。降维后融合特征的散度图表明:所保留的融合特征具有更好的聚类性。 3、将最小二乘支持向量机引入刀具磨损的分类与磨损量预测。针对人工神经网络训练需要大量样本,学习算法收敛速度慢,且训练过程中易陷入局部极小值等缺点,将最小二乘支持向量机引入刀具磨损的分类,实例分析的结果证明,在正确选定最小二乘支持向量机核函数参数的前提下,融合特征对刀具磨损的识别率要高于联合特征及单一特征的识别率,基于最小二乘支持向量机的分类模型要优于基于神经网络的分类模型。采用最小二乘支持向量机回归算法,通过构造并联的双回归支持向量机,有效的实现了刀具磨损量提前10s预测。 4、开发了基于数字信号处理器的刀具磨损监测系统。该系统运算速度快,完全满足监测系统实时性的要求;系统柔性强,所有分类与预测算法均通过软件实现;提供通用的传感器信号接口,传感器可根据实际监测信号的变化方便更换;对于不同的加工方法,在未知信号特征及监测算法的情况下,本系统可以做为一个数据采集器,通过系统提供的高速USB接口,可将现场数据及时上传计算机,经技术人员分析与处理,编写新的特征提取、分类和预测算法程序,再回传给系统,实现不同加工方法下刀具的状态监测。因此系统通用性强,在理论上适用于任何加工方法刀具状态监测。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 初黎;漫话硬质合金刀具的发展与最佳切削状态[J];工具技术;1981年05期
2 拾零;立方氮化硼聚晶刀具材料铣削试验[J];工具技术;1981年09期
3 王宝友,黄传真,艾兴,赵军;硬质合金粉末表面涂层陶瓷的材料[J];陶瓷学报;1999年03期
4 于启勋,解丽静,刘忠和,林景;超硬刀具材料的发展与实验研究[J];世界制造技术与装备市场;2004年06期
5 于启勋,张京英;刀具材料技术水平迅速发展——记第九届中国国际机床展览会[J];机械工程师;2005年06期
6 张志华,林克伟;高锰钢的合理切削条件[J];机械工程师;2005年06期
7 赵志江,陈健,唐文秀;可调整快换机夹切断刀具的国产化[J];林业机械与木工设备;2005年06期
8 涂杰;;高速切削发展的瓶颈——刀具[J];中小企业科技;2007年05期
9 于启勋;;硬质合金刀具材料技术水平的进展[J];新技术新工艺;2007年05期
10 熊建武;周进;刘楚玉;;铝合金切削加工条件选择及其切削加工性能改善[J];科技信息(科学教研);2007年26期
11 戚正风;任瑞铭;;国内外刀具材料发展现状[J];金属热处理;2008年01期
12 刘亚丽;刘钢;;镍基高温合金的铣削刀具分析[J];中国水运(下半月);2008年11期
13 宗万栓;神会存;刘书锋;吕梅娟;;PCBN刀具加工制造及其性能分析[J];成组技术与生产现代化;2008年04期
14 李劲夫;;如何在数控车床上加工高温合金[J];企业技术开发;2009年02期
15 冯凭;丁海娟;夏广岚;;硬态干式切削技术及其应用[J];机械设计与制造;2009年09期
16 王东芳;;依刀具材料合理选用切削液[J];职业;2010年20期
17 储开宇;;硬质合金产业在我国的发展现状与展望[J];煤矿机械;2011年01期
18 储开宇;;我国硬质合金产业的发展现状与展望[J];稀有金属与硬质合金;2011年01期
19 储开宇;;21世纪数控机床刀具材料的发展[J];机床与液压;2011年14期
20 ;加工事故和處理方法[J];机械制造;1952年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 闫利平;;浅析刀具磨损[A];第十五届全国汽车检测技术年会论文集[C];2011年
2 仇晓梅;;手机透镜及键盘加工行业数控铣刀具的合理选择与使用[A];天津市电视技术研究会2011年年会论文集[C];2011年
3 张晓饶;梁鑫;;提高油田井下钻铣刀具效率及寿命的研究[A];2010全国机械装备先进制造技术(广州)高峰论坛论文汇编[C];2010年
4 刘战强;王遵彤;万熠;艾兴;;基于实例推理的刀具材料选择系统的研究[A];制造业与未来中国——2002年中国机械工程学会年会论文集[C];2002年
5 李友生;邓建新;石磊;;加工钛合金刀具材料的抗氧化性能研究[A];《硅酸盐学报》创刊50周年暨中国硅酸盐学会2007年学术年会论文摘要集[C];2007年
6 吴春桥;张胜文;仝永海;朱玉龙;方喜峰;;基于VB和MATLAB的计算机辅助刀具与工艺参数优选研究[A];全国先进制造技术高层论坛暨第九届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集[C];2010年
7 于学全;邵大鹏;倪红军;王永刚;燕超鹏;师淑娟;;孔口倒角工艺及刀具研究[A];第十七届全国大功率柴油机学术年会论文集[C];2011年
8 戚正风;任瑞铭;;国内外刀具材料发展现状[A];第九次全国热处理大会论文集(一)[C];2007年
9 邓建新;曹同坤;艾兴;;自润滑刀具的设计及其减摩机理研究[A];2005年中国机械工程学会年会论文集[C];2005年
10 李永洪;徐炜;王晓华;张波;潘敏元;;陶瓷刀具材料增强增韧机制的TEM研究[A];第七次全国电子显微学会议论文摘要集[C];1993年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨树宝;置氢钛合金高效切削仿真及刀具磨损预测研究[D];南京航空航天大学;2012年
2 张少婧;基于聚焦离子束技术的微刀具制造方法及关键技术的研究[D];天津大学;2009年
3 张辉;硬脆刀具材料的高温摩擦磨损特性及机理研究[D];山东大学;2011年
4 崔晓斌;高速断续切削淬硬钢刀具失效机理研究[D];山东大学;2013年
5 陈洪涛;基于多参量信息融合的刀具磨损状态识别及预测技术研究[D];西南交通大学;2013年
6 孙玉晶;钛合金铣削加工过程参量建模及刀具磨损状态预测[D];山东大学;2014年
7 张宗阳;基于最小表面磨损率的刀具磨损及加工表面层特性研究[D];山东大学;2012年
8 李安海;基于钛合金高速铣削刀具失效演变的硬质合金涂层刀具设计与制造[D];山东大学;2013年
9 曹自洋;微细铣削机床、刀具与加工机理的基础研究[D];南京航空航天大学;2009年
10 尹震飚;面向复杂型腔工件高效数控加工的刀具优选技术研究[D];重庆大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 黄丽仁;铣刀楔角对木塑材料切削过程中切削温度的影响[D];南京林业大学;2010年
2 邹浩波;高速切削加工表面粗糙度的研究[D];昆明理工大学;2006年
3 何建林;具有微结构功能表面的刀具及车削性能研究[D];华南理工大学;2011年
4 丁玉发;面向大批量生产的刀具磨损在线识别技术研究[D];华中科技大学;2011年
5 翟银星;数字化车间刀具全生命周期可视化管理系统研究与开发[D];南昌大学;2012年
6 任鹏伟;刀具全生命周期管理系统的研究与开发[D];青岛理工大学;2012年
7 薛庆华;铣削淬硬45钢和40Cr钢的刀具寿命可靠性研究[D];山东大学;2013年
8 戴玲;路面铣刨机刀具的力学分析和优化设计[D];中南林业科技大学;2012年
9 刘伟;盾构机刀具切削的三维数值模拟研究及刀盘的有限元分析[D];燕山大学;2013年
10 刘月萍;铣削Ti6Al4V刀具刃口钝化研究[D];山东大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 刘峰;国产刀具要在高和专上下功夫[N];消费日报;2006年
2 本报记者 臧亚伟;袁哲俊解读中国刀具业发展直陈三大制约因素[N];机电商报;2006年
3 力纳;发展刀具业不能再错失良机[N];消费日报;2008年
4 王迅;硬质合金刀具材料不断推陈出新[N];中国有色金属报;2008年
5 张丽娜;洋刀霍霍中国刀企还要磨刀几回?[N];消费日报;2006年
6 ;国产五金刀具缘何受冷落[N];现代物流报;2006年
7 刘献礼;PCBN刀具在中国市场的应用现状与思考[N];机电商报;2005年
8 太原东山煤矿有限责任公司 王志荣;自润滑刀具材料研究[N];山西科技报;2006年
9 本报记者 臧亚伟;“二元结构”或破解中国刀具行业困局[N];机电商报;2006年
10 本报记者 陈蕾;模具行业发展呼唤装备业新技术[N];机电商报;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978