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1、94工具技术车削加工中车刀磨损状态的监控方法董友耕西安工程大学摘要:介绍了车削加工中对现有车刀状态监控所用的直接量法和间接量法以及各种方法的特点。直接量法主要介绍了图像处理技术,间接量法主要包括通过测量切削力、机床进给电机的电流和声发射技术等方法来间接测量车刀后面磨损。关键词:图像技术;声发射;小波和小波包变换;人工神经网络中图分类号:TG712文献标志码:AReviewtoStatusofToolConditionMonitoring(TCM)inTurningOperationDongYougeng
2、Abstract:Thestatusandcharacteristicswereintroducedoftoolconditionmonitoringinturningoperation,includingthed-irectandindirectmeasurementsmethods.Thedirectmeasurementmethodsfocusedonimageprocessingtechnology,andtheind-irectmeasurementmethods,includingusing
3、thecuttingforce,thecurrentofthefeedmotorsandacousticemissionsindirectlymea-surethewearoftoolflank.Keywords:machinevision;acousticemissions;waveletandwaveletpacketstransform;artificialneuralnetwork车削加工过程中对车刀的监控分为两种情况:1引言一是车刀在加工过程中的逐渐磨损,二是由于磨损国外资料显示,在自动化程度
4、较高的加工企业太大引起崩刃。车削中车刀后刀面的磨损是主要磨中,由刀具损坏引起的停工时间占到总停工时间的损,但对其测量较为困难,过去常用的方法是通过测618%,也有文献估计接近20%;而引进精确可靠的量切削力、主轴或进给电机的功率或电流、刀架振刀具状态监控(TCM)系统可使总的停工时间缩短动、声发射等方法来间接测量车刀后刀面磨损,测量10%-40%。因此,刀具状态监控系统的研究和实误差较大。随着现代图像传感技术的成熟,直接测施越来越受到机械制造业的重视。量车刀后刀面磨损已逐步得以实现。表1列出了用于车刀状
5、态监控的各种直接测量和间接测量方法。表1车刀状态监控中被测对象、所用传感技术和信号处理方法2车刀后刀面磨损的直接量法所用被测对象信号处理方法传感技术2.1车刀后刀面磨损量的取得车刀后刀面磨损是由车刀后面和工件之间的摩获取图像y滤波去噪y形态直车刀后面磨平滑操作y图像黑白二元处擦引起,通常为车刀的主要磨损。为了获得车刀后接图像传感器损面积和宽理y与原始图像相减y得到量技术刀面磨损量,文献[1]、[2]、[3]、[5]中都采用了具有法度磨损面积y用线性判别分析法将磨损资料分级。CCD的照相技术:文献[1]、
6、[2]、[3]中均用了漫射光用最小二乘版支持矢量学习源以避免耀光,文献[1]中更采用了后面照光技术,机(LS-SVM)方法将从传感使刀具轮廓图像更清晰;文献[5]中采用红光半导体器来的信息和加工参数信息测力计,加综合后,通过与刀具后面磨损激光发射器,由轴角光电传感器发出角度脉冲信号间切削力,刀速度计,应间的关系来预测刀具状态。和零位信号给同步控制卡,使其产生一个电流脉冲,接具振动,进变片,霍尔将声发射和其它传感器来的量给电机的电电流传感信号用单谱分析法或小波和驱动半导体激光器发出瞬态激光脉冲,在车刀退刀
7、法流,声发射器,电容式小波包分析进行处理后再用麦克风人工神经网络、线性和二次判的瞬间照到刀尖的相应位置,由CCD图像传感器摄别分析法、点群最佳化法和模糊集群法等对后刀面磨损作下瞬间刀尖图像。而文献[4]是在实验室进行车削分类处理。试验,通过一个分辨力为1Lm、放大倍数为30倍的工场显微镜每隔一定时间进行测量,得到车刀后刀面磨损量。收稿日期:2009年7月2.2提高图像质量的处理2010年第44卷l495从CCD图像传感器输出图像到计算机需要经仿真后刀面磨损,人工神经网络能分类出后刀面磨过以下处理步骤:损
8、的不同水平。(1)清除各种噪声影响。可以通过多种滤波,如(2)文献[7]中采用硬车法进行试验。试验所用低通滤波、带有多种大小窗口的中值滤波以及维纳工件为硬度60-62HRC的铬钢,试验用刀片为立方滤波等方法。氮化硼(CBN)刀片。试验特点是车削速度高达(2)采用形态学(morphology)方法使轮廓平滑160m/min,而切深和进给量都很小,分别为0105mm化,去除微尘粘上轮廓的影响。和0105mm/r。试验发现磨损三阶段(开始阶段、稳
