基于虛擬儀器的磨削加工聲發射監測系統研究

        摘  要   介紹基于虛擬儀器軟件平臺，聲發射(AE）監剛系統對起源于磨削加工過程中，砂輪對工件的磨削和修整砂輪接觸時超高頻率信號進行監測。建立磨削加工過程中的聲發射(AE）信號與機床及砂輪磨鈍之間的非線性關系，根據磨削加工過程中的AE信號變化，實現在線控制關鍵的磨削參數、消除空程、自動反饋碰撞狀況及砂輪修整監測。
        一、引言
        隨著自動化制造技術的發展，傳統的機械制造系統已逐步被先進的柔性制造（FMS )、計算機集成制造（CLMS)和智能制造(IMS）所代替。為了提高效率，保證加工質量，防止生產加工中出現重大事故，上述先進制造系統要求必須配備相應的實時性和可靠性都很高的監控系統[1]目前，聲發射（Acoustic Emis-sions)技術已成功地用于無損檢測。由于聲發射不受機床振動影響，并包含直接來自磨削點有關磨削現象的豐富信息，因此近幾年來聲發射信號作為磨削加工中一個特征日益受到了人們的重視。
        在磨削加工中，砂輪的磨損狀態是砂輪磨削性能好壞的重要指標之一，它影響著磨削加工效率和加工質量。然而，影響磨削過程的因素較多，如磨削過程中砂輪的磨損、對刀精度等[5]，僅靠操作者來獲得較好的磨削效果難度較大，迫切需要找到一種對磨削加工進行在線監測的方法。1984年以來，聲發射技術被引人磨削研究領域，利用它來消除空程、監測磨削質量（主要包括磨削裂紋和磨削燒傷）、磨削過程（包括砂輪磨損、砂輪與工件接觸等）以及砂輪參數的測定（砂輪修整質量參數和砂輪硬度等），并取得了令人滿意的效果^[3-5]。
        目前，磨削加工正朝自動化、智能化方向發展。但是，眾多的影響因素為數學模型的建立造成了極大的困難，致使依賴于數學模型的自動化控制方法無能為力。為此本文提出了利用虛擬儀器技術對磨削加工中的聲發射信號進行控制的方法。即在每種加工條件下，以各階段聲發射信號幅值增量之和△T來建立砂輪鈍化程度和砂輪破裂和破損之間的非線性關系。聲發射信號能夠提供磨削加工各方面信息，利用它可以實現對加工過程的狀態進行多方面監測，并能為磨削加工智能化控制提供多種特征信息，使系統具有較好的特征辨識能力，提高控制質量。
        二、系統實現方案和結構框架
        1．總體方案設計
        磨削加工聲發射監測系統以PC機為核心，包括AE傳感器、放大器和濾波器等組成的調理電路、數據采集板及各種接口電路等硬件，如圖1所示。其工作過程如下。