Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Методы диагностики износа режущего инструмента 7
1.1 Проблемы, связанные с раскрытием информативности сигналов ваэ 8
1.2 Аппаратурное обеспечение процесса регистрации сигнала ВАЭ 11
1.3 Распространение акустических волн 15
1.4 Методы цифровой обработки сигнала ваэ 18
1.4.1 Анализ фурье 20
1.4.2 Применение частотно-временного представления сигнала 22
1.4.3 Многомасштабный вейвлет-анализ сигнала 28
1.5 Динамика сигналов ваэ 30
1.6 Выводы по главе. постановка задач исследований 34
ГЛАВА 2 Обработка сигнала акустической эмиссии 37
2.1 Сравнение методов частотно-временого анализа сигнала ВАЭ 37
2.2 Прохождение сигнала ваэ через систему измерения 41
2.2.1 Появление шумовой составляющей сигнала ваэ при прохождении через систему измерения 42
2.2.2 Анализ уровня сигнала от его удаленности от источника 44
2.3 Очистка сигнала ваэ с помощью вейвлет анализа 44
2.4 Выводы по главе 46
ГЛАВА 3 Методики и стенды для проведения экспериментальных исследований 47
3.1 Методика и стенды для исследования стабильности сигнала ваэ 48
3.2 Методика и стенды для исследования прохождения сигнала ваэ от зоны резания до места его регистрации 56
3.3 Методика и стенды для определения частотных характеристик системы58
3.4 Методика определения перемещения режущего инструмента по сигналу ВАЭ 65
3.5 Выводы по главе 74
ГЛАВА 4 Эксперементальные исследования сигнала ВАЭ 75
4.1 Анализ стабильности сигнала ваэ, проходящего через систему измерения75
4.2 Анализ прохождения сигнала виброакустической эмиссии через систему измерения 84
4.3 Частотный анализ системы 93
4.4 Изменение частотного спектра сигнала ваэ при обработке резанием 98
4.5 Частотно-временной анализ сигнала ваэ 103
4.5 Изучение структуры сигнала ваэ на основе вейвлет анализа 115
4.6 Выводы по главе 118
ГЛАВА 5 Диагностика износа режущего инструмента 120
5.1 Выбор оптимальных параметров ва сигналов ВАЗ 120
5.2 Дииагностика износа режущего инструмента на основе ммва сигнала ВАЗ 125
5.3 Выводы по главе 136
Выводы 137
Список использованных источников
- Аппаратурное обеспечение процесса регистрации сигнала ВАЭ
- Появление шумовой составляющей сигнала ваэ при прохождении через систему измерения
- Методика и стенды для исследования прохождения сигнала ваэ от зоны резания до места его регистрации
- Анализ прохождения сигнала виброакустической эмиссии через систему измерения
Введение к работе
Анализ тенденций развития мирового машиностроительного и приборостроительного производства показывает, что его отличительной особенностью является интенсивный процесс повышения производительности, надежности и долговечности функционирования технологического оборудования, увеличение доли прецизионных станков, повышения уровня автоматизации, структурной и системной интеграции как технологических процессов в целом, так и их отдельных элементов.
В этой связи задача построения систем автоматической диагностики и управления процессом резания, обеспечивающих требуемое качество, высокую производительность и минимальные затраты на обработку деталей машин на металлорежущих станках, особенно в условиях гибкого автоматизированного производства, была и продолжает оставаться приоритетной научно-технической проблемой.
Существующие системы автоматической диагностики состояния процесса резания обладают целым рядом существенных недостатков и не удовлетворяют в полной мере требованиям современного гибкого автоматизированного пррйзводства, так как не обеспечивают функционирование с высокой точностью и достоверности в реальном масштабе времени [69].
Наиболее простым в реализации из операционных методов диагностирования состояния режущего инструмента, позволяющего осуществить диагностику в режиме реального времени, считаются методы, основанные на регистрации сигналов «Виброкустической эмиссии». Однако экспериментальные исследование проводятся при расположении датчика в непосредственной близости от зоны резания, а на производстве установка датчика в непосредственной близости от зоны резания нецелесообразна, вследствие негативного воздействия стружки, которая может повредить датчик и кабели, связывающие его с принимающей аппаратурой, а также других тепловых и механических воздействий. При этом нельзя не упомянуть, что при удалении сигнала даже на незна-
5 чительное расстояние от места регистрации сигнала, информационность сигнала существенно изменяется. При этом в автоматизированном производстве становится проблематична смена инструмента, а при удалении датчика от зоны резания встает вопрос о достоверности регистрируемого сигнала.
Для вращающегося инструмента проблема регистрации сигнала встает более остро. Удаление от зоны резания к стационарному узлу станка добавляет большое количество шумоподобных включений, входящий в сигнал, зависящих от упругих, тепловых и других процессов возникающих на расстоянии от зоны резания до места регистрации сигнала виброакустической эмиссии (ВАЭ), а также появление составляющих от элементов и узлов станка, например, подшипников. Все эти процессы, в настоящее время, невозможно описать ни мате-магически, ни моделями, и как следствие невозможно по принимаемому сигналу судить о процессах происходящих в зоне резания [42].
В связи с вышеизложенным, разработка теоретических и экспериментальных исследований, с целью разработки методики контроля износа режущего инструмента, на основе регистрации удаленных сигналов ВАЭ, является важной технической проблемой.
Цель работы. Исследование виброакустического сигнала, инициированного процессом резания, для прогнозирования степени износа режущего инструмента.
Научная новизна состоит в:
Установлении связи между величиной затупления и структурой акустического тракта, заключающаяся в том, что при увеличении степени износа режущего инструмента пропорционально увеличивается и максимальный масштабный коэффициент, на котором происходит появления структурированных ярких всплесков.
Предложенной методике анализа сигнала ВАЭ, прошедшего через акустический тракт от зоны резания до удаленного места регистрации сигнала;
Установлении, что структура виброакустического сигнала, инициированного процессом резания, зависит от характеристик акустического тракта,
при этом с увеличением количества стыков и расстояния от зоны резания до места регистрации виброакустического сигнала в структуре виброакустического сигнала сохраняется возможность выявления начало момента интенсивного изнашивания.
Практическая значимость работы заключается:
На основе установленной закономерности (п. 1 научной новизны), разработана методика диагностики режущего инструмента посредством много-мастабного вейвлет-анализа (ВА);
Результаты работы внедрены на кафедре «Технологии машиностроения» ГОУВПО КнАГТУ в учебный процесс используется при выполнении научно исследовательской работы студентами и аспирантами.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях: XXIII научно техническая конференция студентов и аспирантов (КнАГТУ, 2004 г.). Наука на службе технического прогресса (КнАГТУ, 2004 г.); Посвященной 50-летию Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета (КнАГТУ, 2005 г.); На кафедре "Технология машиностроения" (КнАГТУ, 2003-2007 гг.)
Автор выражает глубокую и искреннюю благодарность зав. кафедрой «Материаловедение и технология новых материалов» Косомольского-на-Амуре государственного технического университета профессору, д.т.н. Ким В.А, за большую научно-консультативную помощь, оказанную при проведении настоящей работы.
Аппаратурное обеспечение процесса регистрации сигнала ВАЭ
Важное место для увеличения достоверности диагностики процесса резания имеет выбор: методов и средств регистрации сигнала ВАЗ, место крепления датчика, применяемой методики очистки сигнала ВАЗ от составляющих их шумов.
Организация процесса сбора информации и выбора диагностирующего признака имеет важный аспект. От того насколько тщательно будут выбраны эти признаки, зависит насколько действенный будет весь процесс диагностики.
Измерение - это нахождение значений физической величины с помощью специальных технических средств. В основе всякого измерения лежит измерительное преобразование, при котором между размерами двух величин устанавливается взаимнооднозначное соответствие. Измерительное преобразование, как правило, осуществляют техническими устройствами, называемыми преобразователями. Преобразуемую величину называют входной, а преобразованную (результат преобразования) - выходной величиной.
Установлено, что для измерения ВАЭ при обработке резанием больше всего подходит искусственная пьезокерамика, обладающая высокой прочностью, стабильностью свойств, малой гигроскопичностью, сравнительно высокой температурой Кюри[26].
Работа измерительной аппаратуры основана на регистрации серии периодически повторяющихся, через определенное время (период дискретизации) замерах значения входного напряжения и записи его в память измерительной аппаратуры с целью его передачи для обработки в ЭВМ. Период дискретизации выбирается исходя из параметров принимаемого сигнала.
Анализ литературных [78] данных показывает, что спектр колебаний доминирующих частот источников лежит в пределах от 0 до 20 кГц. При данном спектре частот колебаний достаточно применение периода дискретизации аппаратуры 100 - 1000 кГц. При этом у сигнала, сохраненного аппаратурой, не происходит потеря информативности, вследствие достаточно равномерного распределении точек замера вдоль кривой изменения уровня выходного напряжения. При меньшей частоте дискретизации происходит изменение вида графика, уменьшение информативности вследствие «проскакивания» некоторых пиков и уменьшение действительной амплитуды.
Для анализа ВАЭ, при резании металлов, обычно используют многоцелевые комплекты аппаратуры [75], которые впоследствии могут быть модернизо ІЗ ваны для измерения информативных параметров ВАЭ или их комплексов и технологических волновых критериев, позволяют осуществлять диагностику той или иной характеристики механической обработки (рис. 1.1).
Рисунок 1.1 - Структурная схема типового комплекта для измерения ВАЭ: 1 - пьезопреобразователь; 2 - предварительный усилитель; 3 - блок полосовых фильтров; 4 - устройство для регулирования порога ограничения (дискриминатор); 5 - широкополосный усилитель; 6 - пиковый детектор; 7 - интенсиметр; 8 - регистрирующее устройство; 9 - формирователь импульсов; 10 - амплитудный анализатор; 11 - цифрофотопечатающее устройство; 12 - запоминающий осциллограф; 13 - анализатор спектра; 14 - блок измерения неакустических технологических параметров резания [75]
Прямым пьезоэлектрическим эффектом называется возникновение электрической поляризации в кристаллах некоторых классов или пьезокерамики в результате приложения к ним внешних сил.
Пьезоэлектрические датчики ускорений и сил наиболее часто используют в аппаратуре для измерения параметров механических колебаний [75]. Упрощенное изображение пьезоэлектрического акселерометра представлено на рисунке 1.2.
При измерении параметров механических колебаний используют предварительные усилители. Предусилители предназначены для увеличения мощности входного сигнала, согласования импедансов датчика и следующего измерительного преобразователя, обеспечения постоянной времени цепи датчика с целью задания нижней границы диапазона рабочих частот, а также для приведения уровня выходного сигнала к требуемому.Фильтрами называют устройства, обладающие селективностью (избирательностью) по отношению к сигналам различных частот. В технике измерения параметров механических колебаний, электрические фильтры используют для частотного анализа и селективного усиления датчиков, задания рабочей полосы частот и подавления ложных сигналов и шумов в измерительных устройствах, а также для частотной коррекции измерительных систем. Полоса частот, в пределах которой уровень сигнала на выходе фильтра не ниже некоторого заданного, называется полосой пропускания фильтра.
Блок полосовых фильтров и дискриминатор обеспечивает селекцию сигнала ВАЭ по частоте и амплитуде
Сигнал, регистрируемый на некотором удалении от зоны резания, не может дать полной картины о диагностирующих параметрах колебания режущего инструмента, свидетельствующих о состоянии (работоспособности) режущего инструмента. Сигнал, проходящий от зоны резания, до места съёма, претерпевает определенные изменения, связанные с явлениями дифракции, интерференции, отражения, преломления и другие явления, характерные для распространения ВАЭ.
Отражение звука. Звуковые волны, встречая на своем пути препятствие, отражаются от него. Явление отражение звука играет большую роль в акустике, например при прохождении звука через границу раздела сред. Причем, необходимо заметить, что отражение волн происходит тогда, когда отражающая поверхность имеет размеры больше длины отражающейся волны ВАЭ.
Дифракция. Явление дифракции, или загибание волн около препятствий, величина которых мала или сравнима с длиной волны, приводит к отклонению от прямолинейности при распространении звука. Если длина звуковой волны значительно меньше по сравнению с размерами препятствий, загибание все менее заметно при удалении от места возникновения сигнала. Тогда можно считать, что распространение звука прямолинейно и подчиняется законам геометрической оптике.
Наложение звуковых волн. Интерференция. Волны образованные различными источниками складываются, т.е. взаимно поглощаются или увеличиваются. Данное явление объясняет природу возникновения стоячих волн и биения.
Так, если взять веревку, один из концов которой закреплен в стене, а другой совершает колебание, то волна проходит через всю длину веревки и, отражаясь от стены, проходит в обратную сторону, и на некоторой длине веревки от стены остается неподвижна. Аналогично и в любом теле, в котором способна распространятся звуковая волна, если один из концов задемпфировать, а на другой конец расположить источник, то в близи задемпфированного конца будут образовываться стоячие волны при условии, что коэффициент отражения волны близок к единице.
Интерференцией объясняется весьма интересное и весьма частое наблюдаемое явление биений. Если два источника звука излучают волны, слегка отличающихся по частоте, то мы слышим как результирующий звук, то ослабляется, то усиливается (рисунке 1.3).
Появление шумовой составляющей сигнала ваэ при прохождении через систему измерения
Существует множество методик очистки сигнала от посторонних составляющих. Известные методы очистки сигнала основывается на информации о параметрах шумовых составляющих. В существующих методиках очистку сигнала осуществляют по распределению вероятности, частотным составляющим и т.д.
Известно, что сигнал ВАЭ содержит шумовые составляющие разных источников, имеющие различные параметры. Датчики также обычно дискретизи-руют сигнал по времени и уровню. Мы рассмотрим, как влияют наличие шума, и дискретизация по времени на вейвлет-коэффициенты сигнала.
Исследования [98] показывают, сильное влияние шумовых составляющих на вейвлет-спектр для нечетных вейвлетов: g,, g3 и т-Д- когда для четных вейв летов влияние шумовых составляющих незначительно. W (а 6)є W (а 0)є Даже при 10 % уровне шума значения v и s v на один - два порядка меньше отклика незашумленного полезного сигнала практически при любом смещении Ъ. Лишь в тех случаях, когда нечетный вейвлет смещен от центра сигнала на расстояние, не превышающее полуширины сигнала, величина вейвлет-коэффициента может оказаться сравнимой с уровнем вейвлет коэффициента шума. Четный же вейвлет , напротив, дает наилучшее соотношение сигнал/шум при смещениях, не превосходящих полуширины сигнала [98].
Вышесказанное позволяет заключить, что в том случае, если шумовые и полезные сигналы имеют разные масштабы, ММВА позволяет при обработке данных ослабить влияние шума: вейвлет-коэффициенты на масштабах, соответствующих полезному сигналу, отражают его вклад в большей степени, препятствуя проникновению шумов в вейвлет-образ.
При анализе вейвлет-спектров, построенных по данным содержащие шумы и выпадения, следует учитывать, что искажения сосредоточены в основном в нижней, высокочастотной части спектра. Игнорируя эту область, мы получаем вейвлет-спектр, которая слабо зависит от числа ячеек гистограммы и ее искажений [98].
Исходя из этого, можно сделать вывод о том, что для того, чтобы очистить сигнал ВАЭ от шумовых составляющих необходимо: произвести прямое преобразование ММВА после чего, убрав, до определенной области, значения функции вейвлет-преобразования и произвести обратное преобразования
ММВА. Полученная функция и будет представлять очищенный сигнал ВАЭ. Определить уровень отсечения значений функции вейвлет-преобразования, можно сняв сигнал ВАЭ при включенном двигателе и замкнутой системы регистрации (режущий инструмент касается обрабатываемой детали). После чего произвести прямое преобразование ММВА. Значение масштабного коэффициента, на котором появляются значимые коэффициенты, и будет искомый уровень отсечения сигнала.
1. Вейвлет-преобразование, являющееся одним из современных методов анализа сигнала ВАЭ, можно использовать для отделения от основного сигнала шумов и случайных отклонений.
2. С помощью ММВА можно выявлять локальные особенности сигнала и классифицировать их по интенсивности.
3. Рассмотренные методы частотно-временного анализа позволяют определить спектр мощности колебания в дискретные моменты времени.
4. Применение ВА сигнала ВАЭ ведет к более точному определению как мгновенного спектра частот сигнала ВАЭ, так и хребтов максимальных ам плитуд. ВА отличается отсутствием чувствительности к шумовым составляю щих и выпадающим циклам, возможности анализа сигнала с нестационарным изменяющимся сигналом. Анализ на высокочастотных составляющих сигнала производится более точно.
Дальнейшее развитие представлений о механизмах распространения сигнала ВАЭ между зоной резания и информативным местом его регистрации и экспериментальное подтверждение выявленных методов построения акустического тракта, а также определения диагностических параметров для контроля износа режущего инструмента, возможно лишь на основе проведения комплексных экспериментальных исследований процессов прохождения сигнала ВАЭ.
Для проведения опытов была использована следующая аппаратура:
В качестве измерительного преобразователя использовался контактный, прямой, совмещенный пьезоэлектрический датчик KD35. Датчик крепится с помощью эпоксидной смолы;
В качестве платы сбора данных используется плата сбора и обработки аналоговой информации, имеющая следующие характеристики: 8-разрядный АЦП, 2 синхронных канала, наибольшую частоту дискретизации 100 МГц, программируемый коэффициент усиления, 640 кБ ОЗУ. Плата сбора данных выполнена в виде платы расширения для IBM совместимой ПЭВМ;
В качестве блока аналоговой фильтрации используется двухканальный запоминающий осциллограф ЛА-нЮ. Данная модель обладает восьмиразрядным быстродействующим АЦП и собственным оперативным запоминающим устройством, емкостью 640 Кб. Осциллограф оснащен собственным тактовым генератором, но допускает подключение и внешнего генератора тактовых импульсов. Конструктивно осциллограф выполнен в виде расширяющего модуля для персональных ЭВМ типа IBM PC AT и позволят производить обмен информации с ПЭВМ непосредственно по шине ISA;
В состав стенда входит ПЭВМ типа IBM PC Pentium-3/128 МБ, в которую устанавливается плата сбора данных;
Методика и стенды для исследования прохождения сигнала ваэ от зоны резания до места его регистрации
Важным является выбор способа и места крепления датчика ВАЭ. Так как источником электрического сигнала ВАЭ являются акустические волны, генерируемые в зоне резания, то при их распространении имеют место все волновые явления, в первую очередь затухание и отражение на границе двух сред. Однако установка датчика непосредственно в место возникновения сигнала ВАЭ не возможна.
Необходимо, чтобы во время исследований акустическое сопротивление волнового тракта от места генерирования акустических волн до места установки датчика сохранялось постоянное, так как в противном случае необходима специальная градуировка аппаратуры с помощью источников дозированной акустической энергии. Исходя из этого, было выбрано расположение датчика на резцедержателе при измерении сигнала ВАЭ стационарно закрепленного режущего инструмента и на шпиндельной головке при измерении сигнала ВАЭ с вращающегося инструмента, где расстояние от зоны резания во время эксперимента сохраняется постоянным.
Для исследования прохождения сигнала осуществляют резание, регистрируют непрерывный сигнал. Регистрация сигнала ВАЭ необходимо производить в точках показанных на рисунке 3.8. Запись сигнала ВАЭ производится не менее 5 раз по 128 Кб, что позволяет уменьшить влияние случайных факторов.
Проводились исследования прохождение сигнала ВАЗ для стационарно закрепленного инструмента на базе станка 1К62, 16К20ФЗ и для вращающегося на базе станка 675П.
Для выявления наиболее удобного и информативного места крепления датчика для регистрации сигнала ВАЗ, была проведена серия опытов полного факторного эксперимента обладающего ортогональной матрицей планирования с целью построения линейной математической модели. Математическое описание поверхности отклика системы колебания в окрестности базовой точки, равномерно расположенных по системе колебания, можно получить варьированием по горизонтальной плоскости по двум координатам с интервалом варьирования равным 1 см.
Стенды, на которых проводятся исследования прохождения сигнала ВАЗ, аналогичны стендам на базе соответствующих станков для анализа стабильности сигнала на базе станков 1К62 и 675П за исключением места крепления датчика для регистрации сигнала ВАЗ.
Для исследования прохождения сигнала стационарно-закрепленного режущего инструмента на базе станка 1К62 осуществляют резание, регистрируют непрерывный сигнал. Регистрация сигнала ВАЗ необходимо производить в точках показанных на рисунке 3.8. Запись сигнала ВАЗ производится не менее 5 раз по 128 Кб, что позволяет уменьшить влияние случайных факторов. где I - опасная зона, вследствие того, что при установке датчика в этом месте возникает возможность повреждения датчика и соединительных проводов стружкой, для токарной обработки составляет 30-40 мм; II - зона в которой не возможно установить датчик, вследствие наклонной или изогнутой поверхности резцедержателя.
Для проведения экспериментов по исследованию диагностики износа режущего инструмента по сигналам ВАЗ был разработан стенд, на базе станков 1К62,16К20ФЗи675П.
Применение данной методики обучения системы и дальнейшее использование обучающей выборки, позволяет сократить погрешность при съме сигнала ВАЗ и повысить достоверность принимаемого решения о необходимости замены режущего инструмента. Сигнал ВАЗ, регистрируемый с датчика закрепленного на волновом приемнике можно привести к входному сигналу поданного на вершину режущего инструмента.
Стенд для обучения системы распознаванию возмущающего воздействия по сигналу ВАЗ, прошедшего через акустический тракт системы регистрации для стационарно закрепленного инструмента, изображен на рисунке 3.8 и ь принципиальная схема стенда на рисунке 3.9.
Крепление магнитного вибратора, расположение датчика на волновом приемнике и крепление датчика изображено на рисунке 3.10.
Принципиальная схема стенда для обучения системы распознава нию возмущающего воздействия по сигналу ВАЭ прохождения через акустиче ский тракт на базе станка 1К62: 1 -деталь 2 - волновой приемник, 3 волновой преобразователь, 4 - генератор звуковых волн 5 - блок аналоговой фильтрации, 6 - ПЭВМ, 7 - измерительный преобразователь (датчик), 8 - плата сбора данных, 9 - режущий инструмент
Крепление датчика необходимо производить точечно, иначе на плоскости, волна будет двигаться в одном направлении - перпендикулярном к плоскости соприкосновения датчика с режущим инструментом. При точечном креплении датчика волна имеет сверическое распространение и достигает любой точки системы.
Расположение датчиков и волнового преобразователя в стенде обучения системы распознаванию возмущающего воздействия по сигналу ВАЭ прошедшего через акустический тракт системы регистрации стенда на базе станка 1К62: 1 - волновой преобразователь, 2 - втулка, 3 - режущий инструмент, 4, 6 - датчик, 5 - волновой приемник
Стенд для обучения системы распознованиию возмущающего воздействия для вращающегося инструмента (рис. ЗЛ1) аналогичен стенду для обучения системы распознованиию возмущающего воздействия для стационарно-закрепленного режущего инструмента, однако выполняется на базе станка 675П и волновой преобразователь подводится к фрезе. Аналогично и принципиальная схема изображенная на рисунке ЗЛ2.
Для оценки передающейго отношения для вращающегося и стационарного инструмента волновой преобразователь необходимо устанавливают в направлении тангенциальной составляющей силы резания или в направлении подачи для исследуемой схемы резания. Установка волнового преобразователя, крепление магнитного производится согласно рисунку 3.13.
Анализ прохождения сигнала виброакустической эмиссии через систему измерения
Сигнал ВАЗ можно разложить на два сигнала, которые распространяются по различным законам: в виде продольной волны и колебания изгиба системы (резца, резцедержателя и волнового приемника).
Вследствие суммирования этих двух сигналов получается итоговый сигнал колебания волнового приемника.
При распространении сигнала ВАЗ от зоны резания до места регистрации сигнала ВАЗ необходимо рассматривать вид распространяющихся волн. Волны ВАЗ распространяются в виде продольной и поперечных волн, и имеет вид сферической волны как изображено на рисунке 4.11. Распространение поперечных волн происходит перпендикулярно колебанию частиц, а продольных параллельно колебанию частиц.
В результате опытов было обнаружено небольшая (в размере тысячных долей секунды) задержка сигнала.
Другой сигнал проходит поперечной волной по акустическому каналу. Прохождение сигнала подчиняется закону нелинейной теории звуковых пучков. При этом распространение звуковых пучков отличается от поведения лучей в геометрической оптике. Причина этого отличия заключается в явлении дифракции, происходит как бы расщепление крайних лучей пучка, благодаря которому волновое поле частично проникает в область геометрической «тени». Чем больше удаление от зоны резания, тем больше поведение волны ВАЭ похоже на сфокусированный пучок. Характер распространения сигнала ВАЭ от зоны резания показано на рисунке 4.13. волновой приемник)
Вторая составляющая сигнала появляется в результате присутствия в системе измерения (резец - резцедержатель - волновой приемник) колебательного движения. При воздействии силы резания на режущую кромку резца отклоняется вся система (резец, резцедержатель, волновой приемник). Причем при отклонении режущего инструмента в одну сторону волновой приемник отклоняется в другую. Доказательство данного суждения можно увидеть на рисунке 4.13. На рисунке 4.14. изображен пример сигнала ВАЭ стрелочками показано движение резца и волнового приемника.
Видно, что их движение происходит в противофазе. В процессе перехода от одного тела к другому происходит рассеивание звука. В системе (резец, резцедержатель, волновой приемник). Если отражаемый сигнал достаточно мощный, то нелинейные эффекты будут влиять на характер его поведения, как до отражения, так и после него. Поскольку при отражении фаза гармоник и амплитуда изменяется, то форма характеристик и отраженного сигнала, а также характер действия могут существенно измениться [53].
В процессе обработки детали свободный конец резца совершает колебания в двух плоскостях АХ и ДУ, а также вращательные колебания А р. Кроме того, трение рабочей поверхности резца о деталь вызывает колебания поверхности резца, которые сопровождаются акустическими эффектами (звуком и ультразвуком).
В результате экспериментов было выявлено, что при удалении места регистрации сигнала ВАЭ от зоны резания происходит: увеличение шумовых составляющих в виде увеличения разброса показаний, и снижение амплитуды сигнала ВАЭ от зоны резания до центра резцедержателя (рис. 4.15 и в таблице 4.1) и увеличение от места крепление волнового приемника до удаленной его точки, что подтверждает теорию о том, что мощность сигнала зависит от размера поперечного сечения по которому распространяются звуковые волны. При этом у входного и выходного сигнала одинаковая стабильность сигнала по диагностирующим признакам.
Большой разброс значений можно объяснить сильным влиянием качества крепления датчика на параметры сигнала. При перезакреплении датчика параметры сигнала сильно изменяются
Аналогичные изменения сигнала происходят при прохождении сигнала от зоны резания до точки регистрации сигнала и на станках с вращающимся инструментом. Отличие состоит в том, что на расстоянии от зоны резания до точки регистрации сигнала гораздо больше стыков и сочленений и как следствие большее количество шумов в сигнале и соответственно соотношение сигнал/шум.
Похожие диссертации на Диагностика износа режущего инструмента на основе вейвлет-анализа сигнала виброакустической эмиссии
