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基于双信号融合的超声振动钻削钻头磨损状态监测研究

唐武生 魏志远 尹春梅 史尧臣

唐武生, 魏志远, 尹春梅, 史尧臣. 基于双信号融合的超声振动钻削钻头磨损状态监测研究[J]. 制造技术与机床, 2022, (3): 34-39. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.03.005
引用本文: 唐武生, 魏志远, 尹春梅, 史尧臣. 基于双信号融合的超声振动钻削钻头磨损状态监测研究[J]. 制造技术与机床, 2022, (3): 34-39. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.03.005
TANG Wusheng, WEI Zhiyuan, YIN Chunmei, SHI Yaochen. Research on wear state monitoring of ultrasonic vibration drilling bits based on dual signal fusion[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (3): 34-39. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.03.005
Citation: TANG Wusheng, WEI Zhiyuan, YIN Chunmei, SHI Yaochen. Research on wear state monitoring of ultrasonic vibration drilling bits based on dual signal fusion[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (3): 34-39. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.03.005

基于双信号融合的超声振动钻削钻头磨损状态监测研究

doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.03.005
基金项目: 

吉林省科技厅自然科学基金 YDZJ202101ZYTS150

长春市科技计划项目 18DY031

详细信息
    作者简介:

    唐武生, 男, 1974年生, 博士, 教授, 硕士生导师, 主要研究方向为精密、超精密加工、检测及装备, 已发表论文30余篇。E-mail: 1824502579@qq.com

    通讯作者:

    魏志远, 男, 1997年生, 硕士研究生, 主要研究方向为故障诊断。E-mail: 903477500@qq.com

  • 中图分类号: TG506.5

Research on wear state monitoring of ultrasonic vibration drilling bits based on dual signal fusion

  • 摘要: 为了监测超声振动钻削过程中钻头的磨损状态, 构建了超声振动钻削钻头的振动信号和AE信号的采集系统, 通过采集不同磨损状态下钻头的振动信号和AE信号, 对其进行小波分解, 得到与钻头磨损相关的特征值, 将二者融合后作为神经网络的输入, 输入至构建的12-10-3的BP神经网络中, 进行钻头磨损状态的识别。试验结果表明, 所建BP神经网络通过振动和AE的融合信号对钻头的有效识别率为91.7%, 可以有效对钻头的磨损状态进行识别。

     

  • 图  1  钻头磨损识别流程图

    图  2  钻削信号小波分解原理图

    图  3  神经网络拓扑结构图

    图  4  试验装置及传感器安装位置图

    图  5  钻头状态对比图

    图  6  振动信号的小波分解图

    图  7  振动信号在不同频段能量系数占比图

    图  8  AE信号的小波分解图

    图  9  AE信号于不同频段能量图

    图  10  融合信号下神经网络训练误差曲线

    图  11  刀具磨损状态识别结果对比

    表  1  YG8与45钢板的材料特性

    材料属性 YG8 45#钢板
    密度/(g/cm3) 14.8 7.85
    抗弯强度/MPa 1 670 400
    硬度 89 HRA 48 HRC
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    表  2  钻头状态识别方式

    序号 钻头状态 期望输出向量
    1 正常磨损 [1 0 0]
    2 严重磨损 [0 1 0]
    3 崩刃 [0 0 1]
    下载: 导出CSV

    表  3  神经网络参数设置

    神经网络参数设置 参数
    训练函数 Traingd
    迭代次数 2 000
    收敛误差 0.000 1
    学习率 0.01
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    表  4  神经网络输出结果

    序号 钻头状态 期望输出 实际输出
    1 正常磨损 [1 0 0] [0.995 90.016 30.002 1]
    2 正常磨损 [1 0 0] [0.987 90.016 10.002 1]
    3 正常磨损 [1 0 0] [0.998 20.002 90.018 3]
    4 正常磨损 [1 0 0] [0.979 90.019 00.060 7]
    5 严重磨损 [0 1 0] [0.002 70.986 40.448 4]
    6 严重磨损 [0 1 0] [0.001 90.956 20.019 0]
    7 严重磨损 [0 1 0] [0.008 80.995 70.001 3]
    8 严重磨损 [0 1 0] [0.023 20.995 60.005 2]
    9 崩刃 [0 0 1] [0.005 50.010 30.990 2]
    10 崩刃 [0 0 1] [0.004 40.017 50.981 3]
    11 崩刃 [0 0 1] [0.064 40.977 30.002 8]
    12 崩刃 [0 0 1] [0.017 30.013 30.969 4]
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2021-06-15
  • 网络出版日期:  2022-03-12

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