小波在聲發射刀具狀態檢測應用
???? 摘 要:聲發射(Acoustic Emission,AE)信號包含了許多對刀具狀態監測有用的信息,本文介紹了聲發射的概念,數據處理方法以及小波理論.提出了利用多層小波分解系數統計量作為刀具磨損判據的技術,以車刀為對象,通過實驗證明了該技術的可行性,為自動化生產車間的刀具磨損在線監測提供了可能.
????? 關鍵詞:聲發射,刀具磨損監測,小波分解,車削
????? 1 前言
????? 聲發射(Acoustic Emission,簡稱AE)是材料或結構的某個局部區域或整體受外力或內應力作用發生塑性變形或破壞之際,將其內部所儲蓄的應變能以瞬態彈性波的形式迅速釋放出的一種物理現象(ANSI/ASTM E 610-77).聲發射研究工作始于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射技術首次運用于生產現場.一年后美國的Dunegan公司推出了聲發射商用儀器.這標志著聲發射技術的研究進入了一個新的天地. Grabec 和 Leskovar[1]將車削過程中所發出的聲音進行了收集與分析,發現在人耳能聽到的頻率內其聲波的頻譜是非連續的,而在高頻段則是連續的.Iwata和Moriwaki[2]利用聲發射來進行車削過程刀具磨損監測,他們得出了兩個結論:一是 AE 信號的功率譜在350KHz的以內隨著刀具的磨損而增大;二是AE的計數總和與刀具磨損具有密切的聯系.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射來進行刀具磨損監測和切削過程監測的研究.
????? 本文利用小波理論,對聲發射信號進行多分辨分析,提取各層分解的分解系數的統計量,從而為刀具的磨損判斷提供有力的依據.
????? 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信號可分為連續型和突變型兩種.連續型信號由主切削區內的剪切變形,車刀的表面與后刀面的磨損所產生,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)產生的是連續型AE信號,而
????? e)到g)則產生突變型信號.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,一般使用平穩型的信號幅值來進行相關分析.