小波在聲發(fā)射刀具狀態(tài)檢測應用
???? 摘 要:聲發(fā)射(Acoustic Emission,AE)信號包含了許多對刀具狀態(tài)監(jiān)測有用的信息,本文介紹了聲發(fā)射的概念,數(shù)據(jù)處理方法以及小波理論.提出了利用多層小波分解系數(shù)統(tǒng)計量作為刀具磨損判據(jù)的技術,以車刀為對象,通過實驗證明了該技術的可行性,為自動化生產(chǎn)車間的刀具磨損在線監(jiān)測提供了可能.
????? 關鍵詞:聲發(fā)射,刀具磨損監(jiān)測,小波分解,車削
????? 1 前言
????? 聲發(fā)射(Acoustic Emission,簡稱AE)是材料或結(jié)構(gòu)的某個局部區(qū)域或整體受外力或內(nèi)應力作用發(fā)生塑性變形或破壞之際,將其內(nèi)部所儲蓄的應變能以瞬態(tài)彈性波的形式迅速釋放出的一種物理現(xiàn)象(ANSI/ASTM E 610-77).聲發(fā)射研究工作始于1950年,德國和美國的學者對此做出了巨大貢獻.1964 年美國通用動力公司將聲發(fā)射技術首次運用于生產(chǎn)現(xiàn)場.一年后美國的Dunegan公司推出了聲發(fā)射商用儀器.這標志著聲發(fā)射技術的研究進入了一個新的天地. Grabec 和 Leskovar[1]將車削過程中所發(fā)出的聲音進行了收集與分析,發(fā)現(xiàn)在人耳能聽到的頻率內(nèi)其聲波的頻譜是非連續(xù)的,而在高頻段則是連續(xù)的.Iwata和Moriwaki[2]利用聲發(fā)射來進行車削過程刀具磨損監(jiān)測,他們得出了兩個結(jié)論:一是 AE 信號的功率譜在350KHz的以內(nèi)隨著刀具的磨損而增大;二是AE的計數(shù)總和與刀具磨損具有密切的聯(lián)系.自這些早期的原始文獻以后,越來越多的研究人員利用聲發(fā)射來進行刀具磨損監(jiān)測和切削過程監(jiān)測的研究.
????? 本文利用小波理論,對聲發(fā)射信號進行多分辨分析,提取各層分解的分解系數(shù)的統(tǒng)計量,從而為刀具的磨損判斷提供有力的依據(jù).
????? 2 車削過程中的AE信號
????? 2.1 AE信號源
????? 研究表明,AE指的是材料變形時由應變能所瞬態(tài)釋放出來的彈性波.Dornfeld[3]的文獻中指出,以下的幾點很有可能就是金屬切削過程中的AE信號源a)切削過程中工件表面的塑性變形;b)切屑的塑性變形;c)刀具后刀面與工件的摩擦接觸;d)刀具前刀面與切屑的摩擦接觸;e)切屑與刀具的碰撞;f)切屑的斷裂; g)刀具破裂;
????? 2.2 AE信號
????? 在金屬車削過程中,AE信號可分為連續(xù)型和突變型兩種.連續(xù)型信號由主切削區(qū)內(nèi)的剪切變形,車刀的表面與后刀面的磨損所產(chǎn)生,突變型則是由于刀具破裂與切屑的斷裂所造成.因此,對應于上述的AE信號源,可以知道信號源a)至d)產(chǎn)生的是連續(xù)型AE信號,而
????? e)到g)則產(chǎn)生突變型信號.車削過程中的信號類型如所示.
????? 金屬切削過程的AE信號源車削過程中的AE信號類型 Uehara[4]的研究表明,AE信號在刀具和工件表面間的反射將會使其幅值大大的減小.為此,可以將工件和刀具間的摩擦以及刀具的破裂分別看作是連續(xù)型和突變型信號的主要來源.在實際的刀具磨損分析中,一般使用平穩(wěn)型的信號幅值來進行相關分析.