由圖1可以看出硬件部分主要由振動(dòng)傳感器、溫度傳感器姨痊、功率傳感器仓疯、信號(hào)調(diào)理模塊、MQL系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集卡等組成购狈。
        該系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集卡PCI-6220通過(guò)各個(gè)傳感器分別采集到高速干切削加工過(guò)程中的振動(dòng)信號(hào)魂欺、溫度和功率信號(hào)，將采集到的信號(hào)反饋到主控計(jì)算 機(jī)杂猾，由預(yù)先編制好的虛擬儀器（LabVIEW）程序進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理提取其特征值并存儲(chǔ)虏绑，通過(guò)LabVIEW程序中的模糊控制模塊間接控制MQL系統(tǒng)以實(shí) 現(xiàn)冷卻潤(rùn)滑物噴射到干切削工作臺(tái)的流速大小，從而完成整套閉環(huán)系統(tǒng)签子。系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)參見(jiàn)圖2：

圖2 系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)

 
2就壳、軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
2.1 系統(tǒng)軟件框架
    基于LABVIEW平臺(tái)構(gòu)建信號(hào)采集、顯示缺西、存儲(chǔ)涤伐、分析的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)。軟件設(shè)計(jì)采用了面向組件的設(shè)計(jì)思想缨称，把一個(gè)完整的程序分成若干個(gè)功能相 對(duì)獨(dú)立的較小的程序模塊抽象出來(lái)废亭，各個(gè)程序模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)、編制和調(diào)試具钥，最后再將各個(gè)模塊鏈接起來(lái)總調(diào)豆村，采用DMA處理方式保證了刀具狀態(tài)識(shí)別的實(shí)時(shí) 性。系統(tǒng)由以下組件組成：系統(tǒng)初始化和自檢模塊骂删，參數(shù)設(shè)置模塊（傳感器參數(shù)掌动、通道增益及采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)等設(shè)置），信號(hào)分析與處理模塊宁玫，數(shù)據(jù)管理與診斷 模塊和模糊控制模塊等粗恢。其結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)界面如圖3柑晒，4所示:
        

圖3 高速干銑削過(guò)程監(jiān)測(cè)軟件模塊結(jié)構(gòu)圖
 

圖4 高速干銑削過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)界面

 
2.2 數(shù)據(jù)分析與管理
    監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)各個(gè)傳感器拾取的加工信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析眷射，其中對(duì)測(cè)點(diǎn)主要包括時(shí)域分析匙赞、頻域分析、時(shí)頻分析和時(shí)間序列分 析,同時(shí)運(yùn)用NI公司提供的Sound and Vibration工具包進(jìn)一步將采集到的聲音和振動(dòng)信號(hào)做聲音和振動(dòng)級(jí)別測(cè)量只逐、頻率季距、順態(tài)分析和倍頻分析。將得到的各個(gè)傳感器信號(hào)的特征值錄入數(shù)據(jù)庫(kù)荞亩。 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信號(hào)特征數(shù)據(jù)的查詢(xún)蒿蛆、管理及調(diào)用，系統(tǒng)還可根據(jù)不同需要做相應(yīng)變動(dòng)已達(dá)到最終目的驾腕，可擴(kuò)展性強(qiáng)毙纫。其數(shù)據(jù)分析界面、數(shù)據(jù)庫(kù)管理界面 和部分?jǐn)?shù)據(jù)分析原程序分別如圖5陷今、6港排，7所示：

 
 
圖5 數(shù)據(jù)分析界面
 
圖6 數(shù)據(jù)庫(kù)管理界面
 
圖7 數(shù)據(jù)分析部分程序界面

 
2.3 MQL系統(tǒng)的模糊控制實(shí)現(xiàn)
    模糊控制模塊設(shè)計(jì)采用NI公司的LabVIEW PID 工具包，模糊控制算法直接在Labview軟件內(nèi)實(shí)現(xiàn)吻毅，采用查表法摇龟，使模糊控制器可以保證控制的實(shí)時(shí)性∫骶冢控制過(guò)程是：切削過(guò)程中的各類(lèi)加工信號(hào)通過(guò)NI PCI-6220采集卡以數(shù)字信號(hào)的形式被采進(jìn)主控計(jì)算機(jī)后遮乾，并對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理求其特征值，在主控計(jì)算機(jī)的Labview環(huán)境中刹勃，與設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值比較后求 出誤差和誤差的變化堪侯，通過(guò)查詢(xún)事先做好的模糊控制表，得到一個(gè)模糊控制的輸出量荔仁，再通過(guò)NI PCI-6220的一個(gè)數(shù)字輸出口伍宦，從而控制MQL系統(tǒng)。圖7為模糊控制的核心程序框圖乏梁。

圖8 模糊控制的核心程序框圖

 
2.4次洼、基于KS(Kolmogorov-Smirnov)智能刀具磨損狀態(tài)識(shí)別
    Kolmogorov-Smimov檢驗(yàn)(KS檢驗(yàn))是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)，它用于描述兩個(gè)獨(dú)立統(tǒng)計(jì)樣本的相似性遇骑，目前已成功運(yùn)用于航天卖毁、生物工程等許多領(lǐng)域。項(xiàng)目將KS檢驗(yàn)的方法應(yīng)用于刀具磨損狀態(tài)識(shí)別落萎，取得了滿(mǎn)意的效果亥啦，且效率較高，完全可以滿(mǎn)足在線(xiàn)智能診斷的要求练链。
    從采集到的數(shù)據(jù)中分別提取如下三種不同磨損刀具的振動(dòng)信號(hào)分別記為樣本A（新刀振動(dòng)數(shù)據(jù)）翔脱、樣本B（微磨損刀具振動(dòng)信號(hào)）和樣本C（嚴(yán)重磨損刀具振 動(dòng)信號(hào)）奴拦，時(shí)域波形見(jiàn)圖8到圖11。在從嚴(yán)重磨損刀具振動(dòng)信號(hào)中取一段信號(hào)記為樣本D匀铸，樣本D是待識(shí)別的振動(dòng)信號(hào)天库，用來(lái)進(jìn)行磨損識(shí)別檢驗(yàn)。上面所有樣本信 號(hào)產(chǎn)生的切削三要素讥认、工件材料等切削條件都相同都泥。樣本信號(hào)都經(jīng)過(guò)預(yù)處理的樣本數(shù)據(jù)。樣本數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度都為1024個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)傲轮，采樣頻率為20KHz。

圖9樣本A信號(hào)時(shí)域波形圖
 
圖10樣本B信號(hào)時(shí)域波形圖
 
圖11樣本C信號(hào)時(shí)域波形圖

圖12樣本D信號(hào)時(shí)域波形圖

 
    首先藐篡，要準(zhǔn)備磨損樣本識(shí)別庫(kù)百膳，將不同磨損劃分刀具的振動(dòng)信號(hào)存入磨損樣本實(shí)例庫(kù)中，這樣就得到三種磨損（新刀辑剿、微磨損冀态、嚴(yán)重磨損）狀態(tài)庫(kù)。在相同的切削條件下坚浩，將待檢樣本D按照?qǐng)D12流程進(jìn)行分類(lèi)識(shí)別赋遇。
表1 樣本A、樣本B和樣本C的KS檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)值表

    從表1中可知绵估，在取統(tǒng)計(jì)距離D=0.0601炎疆，顯著性水平 =0.05為門(mén)檻值，則識(shí)別的結(jié)果完全正確国裳。

 
 
 
 
圖13磨損狀態(tài)識(shí)別流程圖

 
三形入、總結(jié)：
    虛擬儀器以計(jì)算機(jī)為統(tǒng)一的硬件平臺(tái)，配以具有測(cè)試和控制功能硬件接口卡缝左，通過(guò)系統(tǒng)管理軟件的統(tǒng)一指揮調(diào)度來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)測(cè)控儀器的功能亿遂。與傳統(tǒng)儀器相 比，虛擬儀器在智能化程度渺杉、處理能力蛇数、性能價(jià)格比、可操作性等方面都具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)是越。本文利用虛擬儀器技術(shù)耳舅，建立了刀具磨損的在線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)掌握 并控制加工進(jìn)程中的狀態(tài)倚评，并能夠動(dòng)態(tài)地采集挽放、存儲(chǔ)和分析數(shù)據(jù)，經(jīng)多次試驗(yàn)認(rèn)證可以準(zhǔn)確地監(jiān)控刀具磨損狀態(tài)呈篱，避免一些危險(xiǎn)狀態(tài)的出現(xiàn)质脐，具有實(shí)際工程的應(yīng)用價(jià)值伐狼。