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钻削过程与监测信号映射模型研究

作 者: 张海华
导 师: 周友行
学 校: 湘潭大学
专 业: 机械电子工程
关键词: 钻削过程 监测信号 映射模型 滤波去噪 瞬时频率
分类号: TN911.72
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要


钻削过程监测信号映射模型研究有利于实现钻削机理细致化研究、工件质量精准化评估和钻削过程实时在线监测。论文以建立钻削过程与监测信号映射模型为目标,以建模过程中所应该和必须解决的关键问题为主线,在钻削监测系统软硬件设计、钻削阶段划分、监测信号工频滤波与去噪、信号瞬时频率提取等方面做了较为详细的研究:(1)根据钻削加工特点,选用三向振动传感器监测机床振动情况、声发射传感器监测刀具磨损状况、霍尔电流传感器监测主轴电机电流变化,利用LabVIEW软件编程实现监测信号数据的获取,从而完成钻削过程监测试验;通过分析钻刃与工件接触状态细分钻孔过程为钻入、钻中和钻出三个阶段,并定义钻刃刃尖与工件接触状态瞬时改变时所对应的瞬时时刻点。(2)在对监测信号做频域分析时发现轴向振动Az信号存在明显的工频干扰,主轴功率Sp信号夹杂噪声成分,比较分析后确定独立分量分析方法和小波阈值去噪方法分别用于Az信号的工频滤波和Sp信号的消噪,并对工频滤波和小波阈值去噪算法做了改进,应用结果表明,改进方法能实现监测信号工频干扰及噪声的有效滤除。(3)从研究瞬时频率的定义出发,分析了瞬时频率具有实际物理意义的必要条件,指出Huang等人提出的固有模式函数概念满足该条件,接着探讨了经验模式分解方法及其端点效应抑制方法和特征固有模式函数筛选算法,比较分析了经典解析信号法和正交极大包络两种瞬时频率估计算法,其中正交极大包络方法能较精确提取监测信号的瞬时频率,基于突变瞬时频率特征所对应的瞬时时刻点最终在1%误差范围内建立了钻削过程与监测信号之间的映射关系模型。建立映射模型过程中主要涉及到监测系统软硬件设计、信号的工频滤波与去噪、信号的经验模式分解及特征固有模式函数筛选、瞬时频率特征提取等子问题研究,子问题研究中所采用的方法对其他监测系统研究具有一定的参考价值和借鉴意义。本文的研究成果,在一定程度上深化了钻削过程监测传感器信息研究,为钻削过程不同阶段的工况信息和工件质量检测研究奠定了良好的基础。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第1章 绪论  9-18
  1.1 课题的研究意义  9-10
  1.2 钻削过程监测的研究现状、存在问题及发展趋势  10-13
  1.3 课题研究的关键技术  13-16
  1.4 论文的研究内容及课题来源  16-18
第2章 钻削过程监测系统软硬件设计及阶段划分  18-27
  2.1 引言  18
  2.2 监测系统原理及硬件构成  18-21
    2.2.1 三向振动传感器  19
    2.2.2 声发射传感器  19-20
    2.2.3 霍尔电流传感器  20
    2.2.4 A/D 数据采集卡  20-21
  2.3 监测系统软件设计  21-25
    2.3.1 软件平台的选择  21-22
    2.3.2 数据采集模块设计  22-23
    2.3.3 数据存储与显示模块设计  23-25
  2.4 钻削过程阶段划分  25-26
  2.5 本章小结  26-27
第3章 监测信号的工频滤波及小波阈值去噪  27-40
  3.1 引言  27
  3.2 监测信号频域分析  27-29
  3.3 轴向振动信号的 ICA 工频滤波  29-33
    3.3.1 ICA 滤波原理及算法简介  29-30
    3.3.2 ICA 工频滤波算法仿真验证  30-31
    3.3.3 轴向振动信号 ICA 工频滤波及效果评价  31-33
  3.4 主轴功率信号的改进小波阈值去噪  33-39
    3.4.1 小波去噪  33-34
    3.4.2 小波阈值去噪方法基本原理及算法改进  34-36
    3.4.3 改进小波阈值去噪方法仿真验证及效果评价  36-37
    3.4.4 主轴功率信号改进小波阈值方法去噪及效果评价  37-39
  3.5 本章小结  39-40
第4章 监测信号瞬时频率提取及映射模型建立  40-57
  4.1 引言  40
  4.2 瞬时频率概论  40-41
  4.3 固有模式函数及经验模式分解  41-50
    4.3.1 EMD 分解的基本原理、算法及评价指标  41-43
    4.3.2 EMD 端点效应抑制  43-46
    4.3.3 监测信号EMD 分解  46-48
    4.3.4 特征IMF 提取  48-50
  4.4 监测信号瞬时频率提取  50-53
    4.4.1 经典解析信号方法边界效应分析  50
    4.4.2 正交极大包络方法提取监测信号瞬时频率  50-53
  4.5 基于瞬时频率特征建立映射关系模型  53-56
  4.6 本章小结  56-57
第5章 结论与展望  57-59
参考文献  59-63
致谢  63-64
个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果  64

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 通信理论 > 信号处理 > 数字信号处理
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