基于虚拟仪器的磨削加工声发射监测系统研究

        摘  要   介绍基于虚拟仪器软件平台，声发射(AE）监刚系统对起源于磨削加工过程中，砂轮对工件的磨削和修整砂轮接触时超高频率信号进行监测。建立磨削加工过程中的声发射(AE）信号与机床及砂轮磨钝之间的非线性关系，根据磨削加工过程中的AE信号变化，实现在线控制关键的磨削参数、消除空程、自动反馈碰撞状况及砂轮修整监测。
        一、引言
        随着自动化制造技术的发展，传统的机械制造系统已逐步被先进的柔性制造（FMS )、计算机集成制造（CLMS)和智能制造(IMS）所代替。为了提高效率，保证加工质量，防止生产加工中出现重大事故，上述先进制造系统要求必须配备相应的实时性和可靠性都很高的监控系统[1]目前，声发射（Acoustic Emis-sions)技术已成功地用于无损检测。由于声发射不受机床振动影响，并包含直接来自磨削点有关磨削现象的丰富信息，因此近几年来声发射信号作为磨削加工中一个特征日益受到了人们的重视。
        在磨削加工中，砂轮的磨损状态是砂轮磨削性能好坏的重要指标之一，它影响着磨削加工效率和加工质量。然而，影响磨削过程的因素较多，如磨削过程中砂轮的磨损、对刀精度等[5]，仅靠操作者来获得较好的磨削效果难度较大，迫切需要找到一种对磨削加工进行在线监测的方法。1984年以来，声发射技术被引人磨削研究领域，利用它来消除空程、监测磨削质量（主要包括磨削裂纹和磨削烧伤）、磨削过程（包括砂轮磨损、砂轮与工件接触等）以及砂轮参数的测定（砂轮修整质量参数和砂轮硬度等），并取得了令人满意的效果^[3-5]。
        目前，磨削加工正朝自动化、智能化方向发展。但是，众多的影响因素为数学模型的建立造成了极大的困难，致使依赖于数学模型的自动化控制方法无能为力。为此本文提出了利用虚拟仪器技术对磨削加工中的声发射信号进行控制的方法。即在每种加工条件下，以各阶段声发射信号幅值增量之和△T来建立砂轮钝化程度和砂轮破裂和破损之间的非线性关系。声发射信号能够提供磨削加工各方面信息，利用它可以实现对加工过程的状态进行多方面监测，并能为磨削加工智能化控制提供多种特征信息，使系统具有较好的特征辨识能力，提高控制质量。
        二、系统实现方案和结构框架
        1．总体方案设计
        磨削加工声发射监测系统以PC机为核心，包括AE传感器、放大器和滤波器等组成的调理电路、数据采集板及各种接口电路等硬件，如图1所示。其工作过程如下。