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木材铣削加工激光在线检测及模糊控制的研究

韩玉杰  
【摘要】: 本文从模糊控制原理的角度,对木材铣削加工的质量监控过程进行了激光在线检测和模糊控制的实验研究,该项研究是在国际上首次提出。实验系统由计算机、激光传感器、A/D转换器及输出功率驱动器等实验装置组成;以表面粗糙度高度特征参数Rz作为质量评定指标;选择针叶材花旗松和阔叶材山毛榉作为实验材料;实验研究是在木材加工CNC的铣削(旋转刨加工)加工工位上进行的。首先,为了了解激光测量信号对不同种类的木材的表面特征的反射效果,选择了花期松、扁柏、山毛榉和紫檀四种颜色、纹理及密度各不相同的材料试件,进行了激光传感器的线性度标定实验研究,从中获得了各种材料的标定系数(比例系数);其次,使用由FFT快速傅立叶分析仪、激光传感器等组成的检测系统,进行了激光传感器对木材表面粗糙度定量测量方法的研究和木材表面缺陷识别的研究。先分别使用激光传感器和触针式测量仪,在相同的测量条件下,对同一试件的相同部位分别进行测量,并以触针式测量仪的测量结果来标定激光传感器的测量结果,从中找出了1/0.9的比例关系,使两者的测量结果达到一致。木材表面缺陷识别的实验研究表明,该系统检测木材表面裂纹和节子,具有快速和准确的特点;而后,使用由计算机、激光传感器、A/D转换器等组成的表面粗糙度在线检测系统,进行了铣削加工过程中的表面粗糙度在线检测的研究。从而获得了与触针式测量仪非在线检测一致的实验结果;最后,进行了木材铣削加工的模糊在线控制的实验研究。在原来在线检测的硬件系统中加入功率驱动板,就构成了闭环模糊在线控制系统。以激光传感器检测的表面粗糙度信号作为模糊在线控制的输入信号,并通过模糊推理运算,做出模糊决策,给出驱动信号,实时的调节进给速度,控制表面粗糙度的变化,从而提高了加工质量。实验结果表明,采用模糊在线控制的表面粗糙度比普通的铣削加工平均减小了15%-20%。


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