近年來去谈，由于工業(yè)自動(dòng)化的飛速發(fā)展避诽，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)要求越來越高.同時(shí)呐籽，對(duì)FMS盏浇，CIMS等重大昂貴設(shè)備的故障在線監(jiān)測(cè)和生產(chǎn)質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及控制的要求更加迫切.目前变丧，對(duì)刀具切削狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的眾多方法中，聲發(fā)射(AE)方法能連續(xù)監(jiān)視刀具損傷的全過程绢掰，它避開了生產(chǎn)過程中振動(dòng)和音頻噪聲污染嚴(yán)重的低頻區(qū)痒蓬，而且?guī)缀醪皇懿牧系南拗?但是，目前國(guó)內(nèi)外大多使用接觸型聲發(fā)射傳感器^{［1滴劲，2］}谊却，不僅使用不方便，且容易受到工況環(huán)境的干擾哑芹；國(guó)內(nèi)外學(xué)者使用了模糊模式識(shí)別及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)的技術(shù)和算法炎辨，提高了檢出率，但降低了實(shí)時(shí)性聪姿，并使系統(tǒng)復(fù)雜碴萧、可靠性下降.
　　作者研究了一種適合自動(dòng)化加工過程在線監(jiān)測(cè)刀具破損的智能化聲發(fā)射傳感監(jiān)控系統(tǒng)，它把傳感器末购、前置放大器勤消、信號(hào)處理系統(tǒng)美丝、控制系統(tǒng)集成為一體，且體積小源糖、結(jié)構(gòu)緊湊替塑，可直接安裝在機(jī)床主軸旁邊，操作簡(jiǎn)便师晨、安裝方便看卦、靈敏度高且抗干擾能力強(qiáng).

1　監(jiān)控系統(tǒng)的原理及結(jié)構(gòu)

　　金屬或非金屬材料在斷裂或裂紋擴(kuò)展時(shí)會(huì)出現(xiàn)單個(gè)或多個(gè)突發(fā)的聲發(fā)射信號(hào)，這些聲發(fā)射信號(hào)頻率大于100kHz研神，比正常切削的AE信號(hào)大4～5倍惩凉，持續(xù)時(shí)間為0.2～1.0ms，因此只要能鑒別聲發(fā)射信號(hào)的頻率纫益、幅值和持續(xù)時(shí)間恒襟，便可識(shí)別刀具破損信號(hào).由于刀具破損聲發(fā)射信號(hào)頻率高，所以只有采用高速信號(hào)采集器才能提取到原始聲發(fā)射信號(hào)揍忍，若對(duì)其包絡(luò)信號(hào)進(jìn)行采集處理則可降低對(duì)后續(xù)識(shí)別處理電路的要求.信號(hào)識(shí)別原理如圖1所示.通過對(duì)檢波信號(hào)進(jìn)行幅值鑒別來識(shí)別AE信號(hào)的大小弯疾，然后再通過鑒別脈寬識(shí)別AE信號(hào)持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短，即采用幅值和脈寬的雙閾值判別法就可識(shí)別刀具破損的聲發(fā)射信號(hào).采用雙閾值判斷逃糟，是由于僅用幅值閾值判斷吼鱼，常常會(huì)有一些非刀具破損的干擾脈沖信號(hào)造成誤報(bào)警，實(shí)驗(yàn)表明刀具破損AE信號(hào)持續(xù)時(shí)間比干擾脈沖長(zhǎng)履磨，因此只有超過幅值閾值且持續(xù)時(shí)間為0.2ms以上的AE信號(hào)才判斷為刀具破損.

圖1　聲發(fā)射信號(hào)識(shí)別原理

　　監(jiān)控儀沒有采用傳統(tǒng)的接觸式AE傳感器，而是使用作者研制的流體傳遞信號(hào)的新型AE傳感器(集成在監(jiān)控儀內(nèi))庆尘，監(jiān)控儀安裝示意圖見圖2.使用時(shí)把它安裝在機(jī)床原有的潤(rùn)滑冷卻液管道安裝處剃诅，刀具破損時(shí)，AE信號(hào)通過潤(rùn)滑冷卻液驶忌，以與潤(rùn)滑冷卻液流動(dòng)方向相反的方向傳遞到監(jiān)控儀.對(duì)于AE信號(hào)來說矛辕，這些液體是良好的媒質(zhì).傳播頻率范圍大，從幾Hz到幾十MHz付魔，并且由于液體中只能傳播縱波聊品，所以信號(hào)傳播過程中的干涉損失小，信號(hào)失真小几苍，在一定的邊界條件下翻屈，還可以保證隨傳播距離變化信號(hào)的衰減較小^［3，4］.這為利用流體作為聲發(fā)射信號(hào)的傳播媒體提供了保障.由于這種安裝方式信號(hào)傳遞路程短妻坝，傳遞路徑中無其它接觸面奋肄，因而靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng).由于監(jiān)控儀內(nèi)采取了特殊的消除振動(dòng)和噪音的自適應(yīng)濾波器折扮，所以盡管儀器安裝在振動(dòng)噪聲影響很大的機(jī)床主軸附近也不會(huì)造成誤報(bào)警.監(jiān)控系統(tǒng)框圖如圖3所示.

圖2　監(jiān)控儀安裝示意圖

圖3 聲發(fā)射監(jiān)測(cè)處理方法

　　從主軸傳來的振動(dòng)逃口、噪聲等干擾信號(hào)主要是通過傳感器殼體傳入的耀即，本系統(tǒng)采用的特殊自適應(yīng)濾波器，可以把來自殼體的各種干擾信號(hào)濾去编苛，而保留從流體介質(zhì)傳來的刀具破損AE信號(hào).經(jīng)自適應(yīng)濾波后的信號(hào)進(jìn)入高通濾波器(截止頻率100kHz)藻着，經(jīng)過高通濾波后的AE信號(hào)有一定的衰減，經(jīng)再次放大后進(jìn)入檢波器娜摇，檢波后的AE信號(hào)進(jìn)入比較器進(jìn)行波形鑒別.首先對(duì)AE信號(hào)的包絡(luò)進(jìn)行幅值比較猩僧，當(dāng)其達(dá)到預(yù)先設(shè)定的幅值閾值時(shí)，比較器1觸發(fā)翻轉(zhuǎn)渠跷，開始輸出信號(hào)袄洁，接著進(jìn)入脈寬比較，即信號(hào)進(jìn)入積分器開始進(jìn)行積分收罢，積分器依下面的計(jì)算式工作：

式中　U_o(t)為積分器的輸出晤泌； K為由電路參數(shù)確定的常數(shù)； U_i(t)為積分器的輸入耕姊，即比較器1的輸出桶唐； U_o(0)為開始積分時(shí)刻積分器的輸出，由電路參數(shù)調(diào)整為0.
　　比較器1的翻轉(zhuǎn)信號(hào)積累一定的時(shí)間茉兰，積分器的輸出高于預(yù)先設(shè)定的脈寬閾值時(shí)尤泽，比較器2觸發(fā)翻轉(zhuǎn)(當(dāng)積分器輸出低于脈寬閾值時(shí)，認(rèn)為是沖擊干擾).由比較器2輸出信號(hào)觸發(fā)報(bào)警電路规脸，給出機(jī)床停機(jī)信號(hào).這樣的監(jiān)測(cè)處理方法完全由硬件電路實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)坯约，是一種較好的監(jiān)測(cè)刀具破損的實(shí)用方法.

2　刀具破損監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　監(jiān)控儀結(jié)構(gòu)如圖4所示，它是由傳感腔和電子電路腔組成.傳感腔由傳感元件接收信號(hào).電子電路腔包括電源模塊莫鸭、前置處理模塊闹丐、后置處理模塊、控制模塊4部分.它們除實(shí)現(xiàn)上述的聲發(fā)射監(jiān)測(cè)處理外被因，報(bào)警后還可以給出機(jī)床的控制信號(hào)使機(jī)床停機(jī).同時(shí)以聲光報(bào)警提示用戶卿拴，并給出繼電器報(bào)警輸出接口供用戶選用.傳感腔、電子電路腔及電子電路腔內(nèi)各電路板都采用模塊化設(shè)計(jì)梨与，它們之間采取接插式連接堕花，便于維護(hù)更換.由于工業(yè)電磁的噪聲使監(jiān)控儀工作環(huán)境比較惡劣，對(duì)監(jiān)控儀進(jìn)行了抗干擾設(shè)計(jì).同時(shí)依據(jù)電磁兼容設(shè)計(jì)原理采取了一點(diǎn)接地枚从、殼體屏蔽結(jié)構(gòu).經(jīng)電鉆稳荒、機(jī)床的啟停等電磁和電源干擾實(shí)驗(yàn)，證明采取的一系列措施是有效的.

圖4 監(jiān)控儀結(jié)構(gòu)示意圖

3　實(shí)　驗(yàn)

　　在CA6140普通車床上進(jìn)行了鉆頭破損實(shí)驗(yàn)榛狮，直接使用機(jī)床上的冷卻潤(rùn)滑液系統(tǒng)乓收，監(jiān)控儀串接在冷卻潤(rùn)滑液撓性管的根部，冷卻潤(rùn)滑液為20^#機(jī)油.以不同直徑(0.5～2.1mm)的高速鋼麻花鉆頭和不同的切削參數(shù)(切削速度：400～1400r/min者侄，進(jìn)給量：0.028～0.036mm/r)鉆削45^#鋼和硬鋁愧棋，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了56次兼峻，成功率為98%.
　　在RE3020加工中心上進(jìn)行了高速鋼麻花鉆頭破損實(shí)驗(yàn)，工作材料為45^#鋼罗和，冷卻潤(rùn)滑液為20^#機(jī)油.實(shí)驗(yàn)結(jié)果見下表.

加工中心上鉆頭破損實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

　　在實(shí)驗(yàn)過程中神深，人為敲擊傳感器殼體和加工中心主軸，以及加工中心啟停功哮、變速等都沒有引起誤報(bào)仅谍，證明了該儀器具有較強(qiáng)的抗干擾能力.
　　本智能監(jiān)控儀主要應(yīng)用于刀具破損的在線實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)控，也可應(yīng)用于其它的金屬和非金屬動(dòng)態(tài)裂紋監(jiān)測(cè)援奢。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)兼犯，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享，并不代表本站贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)集漾，也不構(gòu)成任何其他建議切黔。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布、編輯整理上傳具篇，對(duì)此類作品本站僅提供交流平臺(tái)纬霞，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻驱显、圖片诗芜、文字如涉及作品版權(quán)問題，請(qǐng)第一時(shí)間告知埃疫，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容伏恐，以保證您的權(quán)益！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn栓霜。