基于传感器信号的钻头轴向偏移识别与研究

发布时间：2017-08-04 19:26

  本文关键词：基于传感器信号的钻头轴向偏移识别与研究

  更多相关文章： 钻头轴向偏移 传感器信号 时频域分析 小波包分解 分形维数

【摘要】：钻削过程中,机床主轴横向振动有时会导致钻尖在接触工件瞬间偏离主轴中心,从而引发钻头轴向偏移现象。该现象会导致零部件上孔的加工质量降低,严重时甚至会使整个零部件报废。在钻头轴向偏移抑制研究中,快速、准确的识别钻头轴向偏移现象是整个研究的关键环节。因此,本文提出了一种基于传感器信号的钻头轴向偏移识别研究方法,分别在钻头轴向偏移机理分析、传感器信号采集及预处理、钻头轴向偏移特征信号提取、特征信号时频域分析、模式识别、实验验证等方面进行了研究。(1)钻头轴向偏移机理分析。基于经典的钻入阶段力学模型详细分析了钻头发生轴向偏移时的受力情况,得出钻头轴向偏移的表现特征,并提出采用传感器信号来研究钻头轴向偏移的新思路。(2)传感器信号采集及去噪处理。建立钻削实验平台,采集钻削过程振动信号、声发射信号和主轴功率信号,并采用谱减法对采集的原信号进行去噪处理。(3)钻头轴向偏移特征信号提取与分析。首先,对主轴功率信号进行RMS分析和幅值变化率计算,提取出各孔钻削过程中钻入阶段的信号;然后,采用EMD分解方法提取钻头轴向偏移特征信号,并对其进行时域分析;最后,对钻头轴向偏移特征信号进行AR模型功率谱估计,分析其在频域上的特点。(4)基于小波包分解和分形盒维数的钻头轴向偏移研究分析。根据钻头轴向偏移特征信号在频域上特点,首先,采用小波包分解将钻头轴向偏移特征信号进行分频处理,将发生突变的频率带信号分离出来;然后,采用分形盒维数方法对各节点信号进行维数求解;最后,对各孔钻头轴向偏移特征信号分形维数变化情况进行了定量分析。(5)钻头轴向偏移及其对孔表面质量影响程度的实验验证。开展了两类实验:其一是通过比较孔的前端和后端的直径参数来判断该孔钻削过程中钻头是否发生偏移;其二是测量孔钻入端的表面粗糙度来将各孔钻头轴向偏移对孔表面质量影响程度进行分类,并与理论分析结果相对比,评估理论分析结果的有效性。理论分析和实验结果表明:采用本文所述方法,既能有效识别钻头轴向偏移状态,又能准确评估其对孔表面质量的影响程度。该方法为今后钻头轴向偏移抑制研究提供了一种新思路。
【关键词】：钻头轴向偏移 传感器信号 时频域分析 小波包分解 分形维数
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG52;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 钻头轴向偏移研究现状9-11
• 1.1.1 钻头轴向偏移机理研究现状9-10
• 1.1.2 钻头轴向偏移对孔质量影响研究现状10-11
• 1.2 基于传感器信号的钻头轴向偏移研究思路11
• 1.3 传感器信号选择与分析方法研究现状11-14
• 1.3.1 传感器信号的选择11-12
• 1.3.2 传感器信号的时频域分析方法12-13
• 1.3.3 传感器信号的模式识别方法13-14
• 1.4 论文主要研究内容及来源14-16
• 第2章 钻头轴向偏移机理分析及识别方法原理概述16-23
• 2.1 钻头轴向偏移机理分析16-22
• 2.1.1 钻入力学模型16-19
• 2.1.2 钻头轴向偏移受力分析19-22
• 2.2 钻头轴向偏移状态识别方法原理概述22
• 2.3 本章小结22-23
• 第3章 钻削实验23-31
• 3.1 钻削实验平台的建立23-26
• 3.2 信号采集与预处理26-30
• 3.2.1 信号采集与描述26-27
• 3.2.2 信号预处理27-30
• 3.3 本章小结30-31
• 第4章 钻头轴向偏移特征信号的提取31-45
• 4.1 钻削阶段及瞬态点划分31-32
• 4.1.1 钻削阶段31
• 4.1.2 瞬态时刻点31-32
• 4.2 钻入阶段信号提取32-34
• 4.3 基于EMD分解的钻头轴向偏移信号提取34-40
• 4.3.1 EMD分解的原理35-36
• 4.3.2 钻入阶段信号的EMD分解36-40
• 4.4 钻头轴向偏移特征信号功率谱分析40-44
• 4.4.1 功率谱估计40-41
• 4.4.2 AR模型及功率谱分析41-42
• 4.4.3 钻头轴向偏移特征信号功率谱分析42-44
• 4.5 本章小结44-45
• 第5章 基于小波包分解和分形盒维数的钻头轴向偏移特征信号研究45-54
• 5.1 小波包分解45-47
• 5.1.1 小波包分解基本理论45-47
• 5.1.2 钻头轴向偏移信号小波包分解及重构算法47
• 5.2 钻头轴向偏移特征信号小波包分解47-49
• 5.3 分形维数49-50
• 5.3.1 分形维数基本理论49
• 5.3.2 分形盒维数49-50
• 5.3.3 分形盒维数计算方法50
• 5.4 钻头轴向偏移特征信号分形维数研究50-53
• 5.5 本章小结53-54
• 第6章 钻头轴向偏移及其对孔表面质量影响的实验验证54-60
• 6.1 钻头轴向偏移的实验验证54-56
• 6.1.1 实验方法54-55
• 6.1.2 结果对比55-56
• 6.2 钻头轴向偏移对孔表面质量影响程度的实验验证56-59
• 6.2.1 实验方法56-57
• 6.2.2 结果对比57-59
• 6.3 本章小结59-60
• 第7章 总结与展望60-62
• 7.1 工作总结60
• 7.2 研究展望60-62
• 参考文献62-69
• 致谢69-70
• 个人简历、在校期间发表的学术论文与研究成果70

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 庄国容;监控连续输送设备用传感器[J];煤矿自动化;1984年03期

2 龙跃;邓年春;陆何昆泽;;磁通量传感器在预应力环锚监测中的应用[J];煤炭技术;2007年09期

3 孙德风;;煤矿控制和监视用传感器及检测仪表[J];煤矿自动化;1979年01期

4 冯本法,张玉峰,蔡复之;刀具磨损、破损监控用功率传感器的研究[J];机床;1992年02期

5 曹景新,于建国;机械式地衡电子化改造中传感器的选型设计[J];林业机械与木工设备;2004年08期

6 刘英伟;乔英杰;;传感器加热单元热力耦合分析[J];材料科学与工程学报;2011年03期

7 刘苗生;微机配料提高精度要诀之一——选用传感器的原则[J];湘潭矿业学院学报;1992年02期

8 周明;邵富群;张文波;;沉降过程超声成像传感器制作及其声场测量[J];化工自动化及仪表;2013年07期

9 杨俊坤;;硫酸电导浓度仪不同取样方法比较及插入式无电极电导传感器在硫酸测量中的应用[J];磷肥与复肥;2009年04期

10 李海明;;便携式传感器测量装置的应用潜力评估[J];造纸化学品;2012年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 汪志发;吴青;;锥销状塞入式传感器的应用[A];推进信息及自动化技术在钢铁工业节能降耗、改善环境、降低成本中的应用论文集[C];2005年

2 敬留柱;;一个测试点传感器安装胶粘剂应用技术研究[A];2005年机械电子学学术会议论文集[C];2005年

3 尹瑞多;谢晓斌;;进气压力传感器测量精度影响因素分析[A];第二届长三角地区传感技术学术交流会论文集[C];2006年

4 洪玉茂;;传感器在工程机械中的应用[A];海南省公路学会2004年学术交流会论文集[C];2004年

5 刘敏;;振动速度传感器使用和选型[A];2010年全国发电厂热工自动化专业会议论文集[C];2010年

6 张志英;张志杰;范锦彪;杨志刚;;一种用于研究高压传感器冲击特性系统的设计[A];第二届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2004年

7 吴祖堂;王占江;蔡宗义;李运良;陈立强;门朝举;文潮;;LVDT传感器在爆炸环境地运动测量中的应用[A];第十届全国敏感元件与传感器学术会议论文集[C];2007年

8 李阳;李学春;秦建敏;窦银科;;电容感应式冰层厚传感器及其检测方法研究[A];第20届测控、计量、仪器仪表学术年会论文集[C];2010年

9 胡均万;罗锡文;陈树人;杨洪博;;联合收割机产量传感器振动信号影响分析与消除方法[A];走中国特色农业机械化道路——中国农业机械学会2008年学术年会论文集（下册）[C];2008年

10 胡均万;罗锡文;陈树人;杨洪博;;联合收割机产量传感器振动信号影响分析与消除方法[A];走中国特色农业机械化道路——中国农业机械学会2008年学术年会论文集（上册）[C];2008年

中国重要报纸全文数据库 前8条

1 王睿;德国研发玻璃幕墙裂纹传感器[N];中国建材报;2010年

2 李山;德国开发出检测玻璃幕墙裂纹的传感器[N];科技日报;2010年

3 ;汽车电喷发动机中传感器的构造和工作原理[N];电子报;2000年

4 李山;德国开发成功玻璃幕墙裂纹检测传感器[N];中国质量报;2010年

5 周青 编译;传感器网青睐无线[N];计算机世界;2004年

6 四川 凯吉斯;“预测性维修、维护”系列测控技术(六)[N];电子报;2011年

7 温州 侯自明;物移防盗报警器[N];电子报;2004年

8 四川 温成宜 编译;使用太阳电池的降雨报警器[N];电子报;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 谌一夫;卫星三线阵TDI CCD传感器在轨标定研究[D];武汉大学;2012年

2 付宇;航空发动机进气道静电传感器理论与实验研究[D];南京航空航天大学;2014年

3 邹玲;细胞和分子传感器及其在海洋生物毒素检测中的应用研究[D];浙江大学;2015年

4 陈小宇;多传感器高精度同步方法及其在移动测量的应用[D];武汉大学;2013年

5 耿志挺;核电站氢气浓度传感器的制备与应用研究[D];华北电力大学(北京);2016年

6 王海渊;面向建筑结构安全监测的语义传感器Web关键技术研究[D];北京工业大学;2016年

7 陈蓓;高性能MEMS风速风向传感器环境效应研究[D];东南大学;2016年

8 邹定华;智能交通传感器关键材料的研究[D];武汉理工大学;2009年

9 李敏;液体电介质局放声测的光纤非本征法珀型传感器的研究[D];哈尔滨理工大学;2009年

10 丁俊香;一种基于理想可流动成型导电橡胶的三维柔性触觉阵列传感器若干问题的研究[D];中国科学技术大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王雅琼;以风险识别为目的的门式起重机传感器优化布置研究[D];东南大学;2015年

2 郑敏;大量程电涡流位移传感器设计与实验研究[D];东南大学;2015年

3 陈飞翔;叶尖定时测振系统与仿真研究[D];南京航空航天大学;2015年

4 王晓燕;汽车用阳光传感器的设计与封装研究[D];华中科技大学;2014年

5 杨文佳;基于传感器信号的钻头轴向偏移识别与研究[D];湘潭大学;2016年

6 尹左廷;水平井产出剖面测井电导传感器几何结构优化[D];天津大学;2008年

7 李美雄;振动式料位传感器与腐蚀防护技术研究[D];华东理工大学;2010年

8 李志华;测振用叶尖定时传感器的设计[D];天津大学;2005年

9 徐伟;传感器远距离馈电及高效数据传输技术研究[D];上海交通大学;2007年

10 赵良;柱式传感器开裂的质量问题分析[D];上海交通大学;2006年

，

本文编号：621292