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基于多传感器信号特征融合的孔系钻削质量一致性评估

谢赛元  
【摘要】:钻削质量一致性是衡量与保证孔系类零部件加工质量和工作性能的关键因素。本文以实现孔系钻削质量一致性检测为目的,在孔系钻削实验平台搭建、监测信号突变点检测与提取、钻削过程信号特征提取与融合、模式识别等方面进行相关研究。(1)孔系钻削实验平台搭建和信号采集。根据钻削加工的特性,搭建孔系钻削实验平台。采用霍尔电流传感器监测主轴电流负载的变化情况、声发射传感器监测钻削工件材料断裂与变形和三向加速度振动传感器监测工件在钻削过程中的振动情况,并通过数据采集仪采集各孔钻削过程多传感器监测信号。(2)孔系钻削过程监测信号预处理与突变点提取。首先采用谱减法对多传感器监测信号进行去噪;然后,根据钻头刃尖与工件接触和钻头刃尖切出工件时刻钻削力以及主轴功率信号在突变点处的变化特点,对主轴功率信号进行RMS分析和信号变化率计算,提取出各孔钻削过程中钻入钻出时刻突变点;最后根据信号突变点将与钻削质量相关的钻削阶段信号分割出来,为后续的孔系钻削质量分析提供数据基础。(3)监测信号特征提取与分析。针对钻削阶段监测信号的非线性、非平稳、非高斯特性,对各孔监测信号进行希尔伯特黄变换和高阶谱分析,提取各孔监测信号的边际谱和双谱特征,分析监测信号特征变化与钻孔质量之间的有机联系。(4)基于主成分分析的监测信号特征融合与聚类。采用主成分分析对钻削阶段监测信号边际谱与双谱特征构建的特征矩阵进行特征降维处理。根据各孔监测信号第一主成分和第二主成分对钻孔数据进行k均值聚类,获得孔系钻削质量分布状态。将聚类结果与人工检测结果进行比对,评判聚类分析结果的有效性。最后,通过改变钻削工艺参数进行钻削试验验证本文所述方法的可行性。计算分析和试验验证结果表明,采用本文所述研究方法可有效实现孔系钻削质量进行一致性评估,快速分析和识别质量异常钻孔。该方法有效克服了孔系类零部件钻削质量检测中人工检测存在的漏检以及在线检测实现难度较大等问题,为实现孔系钻削质量一致性检测与控制提供了理论依据。


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