现代制造技术(8)

null现代制造技术现代制造技术第8章 自动化制造系统中的检测与监控技术8.1.1 自动检测与监控系统的构成 8.1.1 自动检测与监控系统的构成 ● 自动检测与监控的目的 为了保证自动化制造系统可靠正常运行及其加工质量，需要对加工过程和系统运行状态进行检测与监控。 自动化制造系统中的检测与监控就是采用检测与监控系统,通过传感和分析处理相关信息，对自动化制造系统的运行状态和加工过程进行检测与控制。 ◆ 目的 控制加工质量, 防止产生废品，减少废品率 提高机械加工生产率 提高加工过程的安全性 优化配置制造资源 延长刀具和设备使用寿命。8.1.1 自动检测与监控系统的构成 8.1.1 自动检测与监控系统的构成 ● 自动检测与监控系统的构成8.1.2 自动检测与监控软件8.1.2 自动检测与监控软件★ 数据采集软件 如刀具磨损信号、系统安全信息、工件加工精度信 号及系统状态信号的采集。 ★ 分析处理诊断软件 如系统数据库模块、诊断知识库模块、状态信 息分析处理、结果显示报警等模块。 ★ 图形监控软件 如图形库模块、动画实现模块、拟令接收编译模 块、图形报警模块。 ★ 服务管理软件 如屏幕管理分级菜单、系统状态自检查、中断管理 模块及中断服务模块等。● 常用自动检测与监控软件现代制造技术现代制造技术第8章 自动化制造系统中的检测与监控技术8.3.1 运行状态信号检测8.3.1 运行状态信号检测 ◆ 刀具信息 刀具是否损坏、属于哪台机床、刀具型号、损坏的形 式、有无备用刀具等。 ◆ 机床状态信息 机床是否在正常使用，机床主轴、工作台及换 刀机构等的工作情况，影响加工质量的振动情况、停机时间等。 ◆ 系统运行状态信息 小车位置状态及空闲情况，托盘位置及空闲情 况，托盘站空闲情况，工件的位置，机器人工作状态，清洗站是否 有工件及中央刀库刀具情况等。 ◆ 在线尺寸测量信息 包括：合格信息，不合格信息(如可返工、报 废、尺寸变化趋势、工件质量综合信息等)。 ◆ 系统安全情况信息 电网电压、防火、温度等情况及人员情况等。 ◆ 仿真信息 零件的数控程序是否准确，有无碰撞干涉情况，仿真综 合结果等。● 自动化制造系统的运行状态信息8.3.1 运行状态信号检测8.3.1 运行状态信号检测 利用系统的运行状态信息，由检测监控软件分析处理后,可根据需要对系统运行过程进行必要的干涉和控制。 ● 获取系统运行状态信息的途径 ◆ 加工设备监控 ◆ 系统安全监控 ◆ 控制信息监控 ◆ 物流监控。 8.3.1 运行状态信号检测8.3.1 运行状态信号检测 具体的检测内容根据系统各组成部分的特点而定。以加工中心为例，需检测的主要内容有： ◆ 刀库状态检测 检测刀库中刀具位置、类别、型号是否准确。 ◆ 机床负载检测 检测机床的主轴负载和进给负载，以防机床过载 而损坏工件一刀具一机床系统。 ◆ 换刀机构检测 检测换刀机构的动作是否正确。 ◆ 交换工作台检测 检测工作台的交换动作是否完成，其上的工件 是否夹紧。 ● 自动化制造系统运行状态检测内容8.3.1 运行状态信号检测8.3.1 运行状态信号检测◆ 工作台振动检测 检测加工过程中机床工作台的振动大小，它直 接影响工件的加工质量，是机床运行状态的重要标志之一。 ◆ 冷却与润滑系统检测 检测机床的冷却与润滑系统，使机床的运 动部件处于良好的润滑状态,并使机床不致过热而影响加工精度。 ◆ CNC/PC系统检测 一般数控机床、加工中心的控制器均有自诊断 功能，将这些功能进行集成就可以检测CNC/PC系统运行状态。 ◆ 环境参数检测 检测加工前后及加工过程中,生产环境(包括温 度、湿度、油压、电压等)是否满足加工的要求, ◆ 安全检测 主要指火灾、触电和生产过程中非法物进入生产环节 的检测.● 自动化制造系统运行状态检测内容(续)8.3.2 工件尺寸精度检测8.3.2 工件尺寸精度检测 ◆ 直接测量与间接测量 直接测量 测得值及其测量误差直接反映了被测对象及测量 误差(如工件的尺寸大小及其测量误差)。 间接测量 通过测量另外一个与被测量有一定关系的量(如通 过测量刀架位移量控制工件尺寸)获得测量值。 ◆ 接触测量和非接触测量 接触测量 测量器具的量头直接与被测对象的表面接触,量头 的移动量直接反映被测参数的变化。 非接触测量 量头不直接与工件接触,而是借助电磁感应、光 束、气压或放射性同位素射线等强度的变化来 反映被测参数的变化。非接触测量方式易于实现 自动检测和监控。 ● 检测方法分类8.3.2 工件尺寸精度检测8.3.2 工件尺寸精度检测 ◆ 在线测量和离线测量 在线测量 在加工过程或加工系统运行过程中对被测量对象进 行检测，有时还对测得的数据分析处理后，通过反 馈控制系统调整加工过程以确保加工质量。在线测 量又可分为工序间(循环内检测)和最终工序检测。 循环内检测可实现加工精度的在线检测及实时补偿, 而最终工序检测实现对产品质量的最终检验与统计 分析，为后续加工服务。 离线测量 在被测对象加工后脱离加工系统再进行检测。离线 测量的结果往往要通过人工干预，才能输入控制系 统调整加工过程。8.3.2 工件尺寸精度检测 8.3.2 工件尺寸精度检测 离线测量：适合过程稳定，超差风险小的场合★ 在线测量与离线测量比较 在线/循环内测量：实时，系统复杂，设备费用高，用于瓶颈工序 在线/最终工序测量：滞后时间短，应用较多8.3.2 工件尺寸精度检测8.3.2 工件尺寸精度检测 ◆ 专用的主动测量装置 在大规模生产条件下,常将专用的自动检测 装置安装在机床上,不必停机,就可以在加工过程中自动检测工件 尺寸的变化,并能根据测得的结果发出相应的信号,控制机床的加 工过程(如变换切削用量、刀具补偿、停止进给、退刀和停机等)。 ◆ 三坐标测量机 三坐标测量机是自动化制造系统的基本测量设备。 使用时,由工件输送系统将清洗后的工件连同安装工件的托盘一起 送至系统中的三坐标测量机上。测量机能够按事先编制的程序(或 来自CAD／CAM系统)实现自动测量,效率比人工高十倍,而且可测量 具有复杂曲面零件的形状精度。测量结束,还可以通过检验与检测 系统送至机床的控制器,修正数控程序中的有关参数,补偿机床的加 工误差,确保系统具有较高的加工精度。● 检测装置 8.3.2 工件尺寸精度检测 8.3.2 工件尺寸精度检测 坐标测量机结构形式8.3.2 工件尺寸精度检测 8.3.2 工件尺寸精度检测 操作控制 编程方法 8.3.2 工件尺寸精度检测 8.3.2 工件尺寸精度检测 可完成测量项目 坐标测量机可完成的测量项目8.3.2 工件尺寸精度检测 8.3.2 工件尺寸精度检测 实物照片 8.3.2 工件尺寸精度检测8.3.2 工件尺寸精度检测 ◆ 三维测头 将三坐标测量机上用的三维测头直接安装在机床(如加工 中心)上,它的柄部结构与刀杆一样,可以装入机床的主轴中,也可由换 刀机械手放入刀架,测量运动由程序控制,这样,数控加工中心实质上 成了一台临时的三坐标测量机,整个系统通过测量模块与机床数控系 统进行通讯。 ◆ 机器人测量 具有在线、灵活、高效等特点,可以实现对零件100%的 测量,特别适合于自动化制造系统中的工序间和过程测量。机器人测 量分直接测量和间接测量,直接测量造价较高,间接测量又称辅助测量, 其特点是在测量过程中机器人坐标运动不参与测量过程,它的任务是 模拟人的动作将测量工具或传感器送至测量位置,机器人可是一般的 通用工业机器人,如在车削自动线上,机器人可以在完成上下料工作后 进行测量,而不必专门设置一个测量机器人,这时机器人在线具有多种 用途；对传感器和测量装置要求较高,由于允许机器人在测量过程中 存在运动或定位误差,因此,传感器或测量仪器具有一定的智能和柔性, 能进行姿态和位置调整并独立完成测量工作。8.3.3 刀具破损和磨损监控的探测8.3.3 刀具破损和磨损监控的探测● 刀具破损的探测方法 (见下表)8.3.3 刀具破损和磨损监控的探测8.3.3 刀具破损和磨损监控的探测● 刀具磨损的探测方法现代制造技术现代制造技术第8章 自动化制造系统中的检测与监控技术8.4.1 监控系统的组成与分类 8.4.1 监控系统的组成与分类 ● 监控系统的组成用于检测加工中某个物理量和机械量的变化 进行数据采集、A／D转换、信号放大和滤波等 建立监控对象(如刀具磨损)与检测信号的关系,如某个数据方程,可有固定模型、自适应模型和自学习模型等确立识别监控对象出现异常的决策并作出反应 8.4.1 监控系统的组成与分类 8.4.1 监控系统的组成与分类 ● 监控系统的分类及特点 按监控时间分: 有连续监控和非连续监控。按监控方法分:有直接法和间接法。 8.4.2 刀具的自动监控 8.4.2 刀具的自动监控 ● 监控方式 ◆刀具磨损 最简单检测方法是 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 每把刀具的实际切削时间，并与刀具 寿命极限值进行比较，达到极限值就发出换刀信号。 ◆刀具破损 最简单检测方法是将每把刀具在切削加工开始前或切削加工 结束后移近固定的检测装置，以检测是否破损。 这两种方法已得到广泛应用。刀具的自动监控还有以下几种方式： ◆机电式监控 属于非连续性直接测量法。其特点是用机械接触的方法 去检查刚使用过的刀具或刚加工过的工件，以发现刀具是否折断或破 损。常用的检查装置有：机电式孔深检查装置，常用于自动线和多工 位组合机床的钻头(特别是小钻头)破损监控。机电式刀具破损监控装 置，它是一种在加工中心中常用的监控装置，用于刀具破损检查。 8.4.2 刀具的自动监控 8.4.2 刀具的自动监控 ◆光电式监控 也是一种直接测量切削刃位置的监控方法。一般是将 刚使用过的刀具放回到一个特定的位置，使其刀尖(或切削刃)正好处 于红外线光束的通路上。当刀刃损坏,红外传感器会发出相应的信号。 ◆声发射(AE)监控 所谓声发射是指在外力作用下物体发生形变或断裂 时，以弹性波形式快速释放应变能的现象。所发出的声波称为AE波。 由AE传感器检测得到的对AE波的响应信号称为AE信号。在正常切削过 程中，由于弹性塑性变形产生的AE信号是连续AE信号，而在刀具异常 磨损和破损时主要发出的是非周期性的突发型AE信号。AE信号的有效 值在崩刃后比正常状态增加50％～250％，出现裂纹时有效值增加200％ 左右。利用AE波来监视刀具的破损，是一种很有前途的监控方法。 8.4.2 刀具的自动监控 8.4.2 刀具的自动监控 声发射监控系统如图示。 AE传感器装在主轴前端附近。AE波作用于传感器后，经放大、滤波和预处理，形成一组刀具工况的AE特征信息。此信号与鉴别器中的信号比较。如超过则向机床控制器发出警告信号，使机床停机。然后NC装置再给出复位信号，重新开始监测。 8.4.2 刀具的自动监控 8.4.2 刀具的自动监控 ◆ 切削力监控 最常用的是采用测力轴承对切削力的变化进行监控。 切削力刀具监测系统包括测力轴承、放大器和微处理器控制的信号分析装置。通过数据总线与CNC系统相连。测力轴承可以采用通常的预加载荷的滚珠轴承，轴承上装有应变片。通过应变片采集与负载成正比的电流信号。信号通过从轴承的轴肩前端引出的电缆线传出。因此，把一个 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 轴承改成一个测力轴承并不困难。传感器的灵敏度很高，足以测出轴承上微小的力，可以用于对小型刀具进行监控(可用于直径为3mm的钻头)。 利用测力轴承可以监测机床X、Y、Z三个方向的切削力。把监测到的力信号不断与程序中设置的有关数值进行比较，并对切削力进行判别。不同的刀具可设置不同的极限值,这样既可对已破损的刀具发出警报,要求停机。也可对即将破损的刀具发出预报,要求换刀。 8.4.2 刀具的自动监控 8.4.2 刀具的自动监控 ◆ 功率(扭矩)监控 当刀具破损时，随着切削力和扭矩的变化，电动机的功率也发生变化。利用测电动机电流的方法来测定功率(或扭矩)的变化，借以对刀具破损进行监控，这是一种比较易行的方法。特别是当刀具不直接装入带测力轴承的主轴(如多轴头，车端面头)时，传给主轴轴承的切削力不明显，利用电动机电流进行监控更为合适。现代制造技术现代制造技术第8章 自动化制造系统中的检测与监控技术8.5.1 神经网络的特征8.5.1 神经网络的特征 实践中发现,单一的传感器很难正确反映加工状态，向多传感器信息融合发展是必然之路。多传感器能够提供加工过程多方面的信息，对这些信息进行综合和知识提取(即信息融合)，进而对加工过程进行正确的预测和控制。信息融合需要很强的数据处理能力和有效的算法，计算机和人工神经网络为此提供了强有力的支持，使得信息融合技术在机械加工中得到了广泛的应用。 ● 神经网络的特征 ◆ 并行结构，便于融合多信号 ◆ 学习功能，有很强的知识获取能力 ◆ 联想推理功能和自调整功能 ◆ 很强的非线性映射功能，便于复杂系统建模 8.5.2 多传感信息融合的层次化结构8.5.2 多传感信息融合的层次化结构 信息融合的基本策略就是先对同一层次上的信息进行融合，从而获得更高层次的信息，再汇入相应的信息融合层次，信息融合本质上是一个由低层至顶层对多元信息进行整合，逐层抽象的信息处理过程。融合模型见下图。 8.5.3 多传感信息融合的功能模块结构8.5.3 多传感信息融合的功能模块结构 ● 总融合系统功能模块如下图8.5.4 机械加工中刀具状态监控8.5.4 机械加工中刀具状态监控 ● 监控原理 前述的刀具状态监控大都基于一种因素(如切削力检测法)，误报率较高，有时将两种因素结合在一起可靠性仍然有限。例如:钻削过程中，在不同切削条件下,用主轴电流信号检测刀具状态正确率为70％，用进给电流信号检测的正确率为75％，两者结合起来检测正确率为80％。因此,利用人工神经网络对多种信息进行融合，就能基本上消除外界干扰，提高检测的可靠性。 神经网络的并行结构不限制输入量的个数，为了保证每项输入均与输出有较大的相关程度，通常采用方差分析决定输入的种类和数量。输入大致分为两种情况，一是把全部测量信号或某一部分作为输入：二是把测量信号或其一部分和切削参数作为输入，在各种切削条件下对网络进行训练，例如:在钻削过程中把主轴、进给电流信号和切削参数作为三层神经网络的输入,刀具磨损状态作为输出,监控模型如下图。 8.5.4 机械加工中刀具状态监控8.5.4 机械加工中刀具状态监控 ● 信息融合刀具状态监控通用模型 图中圆圈表示神经元（也称处理单元或节点）。一个神经网络由许多非线性处理单元组成，每个单元有多个输入和输出通道，经由输入通道加载到处理单元的信号，经加权求和与非线性转换，形成单一的输出信号，并经输出通道传送到其它处理单元。8.5.5 机械加工精度预测8.5.5 机械加工精度预测 从理论上讲，用神经网络信息融合模型把相关误差源和加工精度指标联系起来，可以预测任意项加工精度指标。实际上，加工过程是一个非常复杂的动态系统，影响加工精度的误差源很多，包括机床几何精度、温度变形、力变形、工艺系统振动、刀具磨损、切削液类型和润滑情况、切削参数、刀具类型、工件材质等，而且其中有些项还包括多个分量，如机床加工中温度变形是一个非常复杂的问题，需要加工系统内外多处的温度分布值，有时温度传感器的数量有数十个甚至近百个。因此用神经网络建立所有加工精度指标与所有误差源的通用预测模型有一定难度(这也正为目前研究的一个方向)。另外为了保证基于神经网络的融合模型的有效性，训练样本最好能全部覆盖或尽可能多地覆盖所有的加工状态，这需要很多的训练样本，即使采用正交设计法(Orthogonal arrays)安排试验，试验次数也是惊人的，基于此，现在常用的方法是把一项或数项加工精度作为三层神经网络融合模型的输出，把与其相关程度较大的误差源作为输入来预测加工精度。8.5.6 机械加工误差补偿8.5.6 机械加工误差补偿 误差补偿是机械加工中的重要研究方向。国内外很多文献对误差补偿进行了大量研究,提出了多种建立误差补偿模型的方法,如三角关系法、有限元法、有限差分法、变分法、齐次坐标变换法和神经网络法等,其中人工神经网络法有非常强的学习能力和非线性映射能力,比其他方法更具直接性,经过适当训练能准确地实现从误差源到定位误差的映射,避免了其他方法工作量大或边界条件不充分的缺点,在误差补偿中得到了广泛应用,已经成为实现误差补偿的有效工具。一般认为机床在加工时刀具相对工件的运动精度决定着零件的加工精度,影响运动精度的主要因素是机床的几何精度、热变形和力变形。刀具相对工件的运动误差是位置、温度分布和切削参数的 函数 excel方差函数excelsd函数已知函数     2 f x m x mx m      2 1 4 2拉格朗日函数pdf函数公式下载 ,从位置、温度分布和切削参数到运动误差是一个复杂的非线性映射,利用神经网络的大量非线性映射能力,可实现基于神经网络的信息融合误差补偿。 8.5.6 机械加工误差补偿8.5.6 机械加工误差补偿 ● 信息融合误差补偿模型的一般形式如图所示 现代制造技术现代制造技术第8章 自动化制造系统中的检测与监控技术8.6.1 远程加工工况信息集成的基本思想 8.6.1 远程加工工况信息集成的基本思想 异地加工工况信息集成，就是应用多传感器数据融合、信号处理和计算机网络技术将实际物理制造系统和基于信息的制造系统有机地联系起来，从而为基于信息的制造系统提供更加符合实际的初始数据，使其产生更加符合实际的结果，为指导实际物理系统有效工作提供新的手段。 通过远程工况信息集成系统，产品设计人员、工艺规划人员、相关产品开发和系统维护、组织、调度人员可及时获得设备运行及设备误差分布等状况，为生产调度与运行仿真系统、设备维护与故障诊断系统提供了必不可少的信息，为数控编程系统有效补偿各种加工误差、提高加工精度以及虚拟制造系统初始化提供数据，为高级专家和高级管理人员指导生产提供了更加有效的手段。 远程工况信息集成是提高企业敏捷性的重要手段之一。 8.6.2 远程加工工况信息集成的发展状况8.6.2 远程加工工况信息集成的发展状况 异地加工工况信息集成的研究历史很短，其理论和技术尚不成熟。在制造领域，由于加工设备与环境交互的复杂性和非确定性，以及大数据量的实时传输受到通信条件的限制，针对加工设备远程操作的研究才刚刚开始。研究主要在信息感知、信息处理、数据融合和集成方法等几个方面，所涉及的信息主要包括设备运行状态信息、与切削过程有关的信息、与加工质量有关的信息、设备精度状况信息、系统工作环境状况信息等。该项技术研究得到了美国、日本、英国、澳大利亚及韩国等国家的高度重视。 远程控制作业在我国已开始受到重视，863 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 中的智能机器人主题已将基于虚拟环境技术的遥控作业列为关键技术进行研究，但是针对制造加工系统的远程遥控作业及信息集成技术的研究才刚刚起步。 8.6.2 远程加工工况信息集成技术基础及应用前景8.6.2 远程加工工况信息集成技术基础及应用前景 ● 技术基础 近年来，计算机网络，无论是网络硬件、网络 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 、还是网络接口编程技术和理论的发展都十分迅速。Intemet／Intranet网络已成功应用于许多领域的远程控制中，如医疗领域的专家汇诊、远程手术指导、远程作业机器人控制等，为实现制造过程远程加工工况信息集成提供了良好的物质、技术条件和宝贵经验。同时，经过几十年的发展，在传感器技术、信息处理与数据融合技术、加工过程检测监控技术、制造系统运行控制与管理技术、制造系统故障诊断技术、机床特性的建模、加工误差分析与建模方法、切削过程和切削机理的研究、建模与仿真技术等方面的研究深化和所取得的成就，业已构成了远程加工工况信息集成技术的技术基础。8.6.2 远程加工工况信息集成技术基础及应用前景8.6.2 远程加工工况信息集成技术基础及应用前景 ● 应用前景 异地工况信息集成系统，作为连接现实物理制造系统和虚拟制造系统的桥梁，将为虚拟制造系统提供初始化信息，为异地产品设计人员提供实际工况信息，从而使虚拟制造系统的工作过程和结果输出更加符合实际，大大减少产品设计和工艺设计的质量事故，缩短产品开发周期，这符合了制造自动化技术的虚拟化、敏捷化、全球化的发展方向。我国机械制造企业众多，随着计算机网络技术的应用，异地工况信息集成将成为机械制造企业的网上工具，因此，它在未来企业中的应用将是十分广泛的，具有十分广阔的市场。null请观看演示片现代制造技术现代制造技术第8章 自动化制造系统中的检测与监控技术8.2.1 检测系统的主要性能8.2.1 检测系统的主要性能 ◆ 精确度◆ 灵敏度◆ 分辨力◆ 线性度◆ 漂移◆ 可靠性◆ 响应时间精确度表示测量结果与被测量真值接近的程度。其指标常用极限误差与满量程之比的百分数表示。定义为检测系统在稳定状态下单位输入变化量△X与所引输出变化量的△Y比值。分辨力定义为检测系统指示值可以响应或分辨的最小输入量的变化,它表示系统响应或分辨输入量微小变化的能力。线性度定义为系统输出量与输入之间的关系曲线与选定的工作直线偏离的程度。 检测系统在保持输入信号不变时,输出信号随时间(或温度)缓慢地变化称为漂移。随时间的漂移称时漂,随环境温度的漂移称温漂。可靠性是指在规定工作条件和工作时间内，检测系统保持原有技术性能检测系统的响应时间定义为当系统输入阶跃信号时，系统输出从一个稳态值变到另一个稳态值（有时取其90%）所需要的时间。8.2.2 传感检测方法8.2.2 传感检测方法 用于检测直线位移的传感器有很多种类。各种传感器的原理、测量范围、精确度和线性度等特性都不同。传感器的选取应根据实际使用情况，精确度要求等来确定。常用测位移传感器有： ◆ 电感式 如线性差动变压器式、衔铁移动电感式、涡流式。 ◆ 电容式 如变面积、变间隙电容式传感器。 ◆ 激光式 如全息显微测长、调制法测距、扫描法测尺寸、量子干 涉测长。 此外，测位移传感器还有：感应同步器、光栅、磁栅、光纤式传感器以及霍尔效应式传感器。● 直线位移检测8.2.2 传感检测方法8.2.2 传感检测方法 常用传感器有： ◆ 电阻丝应变传感器 利用电阻丝变形使其电阻值发生变化而进行 检测。 ◆ 弹性杆轴向载荷传感器 利用力作用于弹性元件产生微小位移并 通过位移传感器转换成电量。 ◆ 悬臂梁式力传感器 特别适合于检测垂直于悬臂梁轴线的两个相 互垂直轴的弯曲力矩。 ◆ 压电晶体传感器 将压电元件与弹性元件装在一起，通过弹性元 件将力或压力作用到压电晶体上，使压电晶体产生电荷变化。 ◆ 扭矩传感器 用被测扭矩使圆筒扭转而产生应变，再用应变传感 器将应变转换成电量。 ● 力和力矩的检测8.2.2 传感检测方法8.2.2 传感检测方法 ◆ 电容式转速传感器 以电容量变化作为转动位置的函数。有两种方法:一种是改变电容板的相对位置,即可移动极板的电容式传感器;另一种是改变介质介电常数,将转子的金属极用具有很高介电常数的材料代替，这种材料比两个极板间的介电常数大得多。这样等效的介电常数是转轴位置的函数，转轴旋转时，电容量产生周期性的变化。 ◆ 涡流式转速传感器 用高导电材料制造的元件安装在转轴上，当轴转动时，传感器线圈的电感和电阻发生变化，其变化量是轴转动速度的函数。用电桥检测变换器线圈中微小的电感变化，由电容和电感线圈组成并联谐振电路。涡流转速传感器具有很高的分辨力，其速度范围可以从0—50000r／min。 ◆ 光电数字式转速检测系统 光电数字式转速检测可分为两类：其一是依据距离分割原理;其二是依据时间分割原理，这种检测系统具有较高的精确度和分辨力，并适用于很宽速度范围内的检测。● 转速的检测8.2.3 检测与监控技术基础8.2.3 检测与监控技术基础 数据采集(获取)是传感检测、采样和量化过程的总称。传感检测是利用传感器的敏感元件和转换元件把需检测的物理量拾取并转换成电压或电流信号(又称模拟量传感)，将经过处理(放大、滤波、整形与特定的信号形成电路处理)后的连续模拟信号按采样定理(为保证采得的样件信号不失真与混叠，采样频率应大于或等于被采样连续信息最高频率的两倍)进行采样。对采样信号进行模数转换(A／D变换)，即用幅值不连续的数字信号逼近实际值的过程称为量化。经A／D变换后得到的信号值是数字信号，然后进行后置数字处理。● 切削过程监视数据采集 现以切削过程检测与监控技术基础为例来说明自动化制造系统中检测与监控技术基础。8.2.3 检测与监控技术基础8.2.3 检测与监控技术基础 信号处理是对信号进行加工，以便去除或抑制噪声和进行信号放大，并提高信噪比。信号处理的方法主要有： ◆ 信号放大 其目的是为了信号能传输较远的距离，以便后置处理。 ◆ 信号滤波 根据理论分析或对实验信号的时频域分析结果，对信号 进行高通滤波、低通滤波或数字滤波，以去除噪声提高信噪比。 ◆ 求均值 根据信号特征，按数理统计原理对信号进行均值估计，如 算术均值和均方根值的估计，为后续处理和提取信号特征服务。 ◆ 去除趋势项 采用滤波、多项式拟合等方法把包含在信号中的线性 趋势项去除，保留随机项。● 切削过程信号处理8.2.3 检测与监控技术基础8.2.3 检测与监控技术基础◆ 提高信噪比 信噪比(S／N或SNR)表示信号与噪声强度之比。它 可以定义为S／N=信号电压／噪声电压或SNR=S／R=信号功率／噪 声功能。S／N≤1的信号不易识别，可从以下几方面来提高信噪 比(S／N)：传感器选择，选择合适的响应频带和适宜的传感参数 可以消除或抑制传感器的输入噪声；采用低噪声的传感检测信号 传输、放大与滤波等电路可以减少在信号处理中的附加噪声：利 用高、低通或带通滤波，如声发射传感检测系统采用100KHz～ 1MHz的带通滤波，以消除机械与电磁噪声；利用相关分析技术剔 除噪声；利用功率谱分析或倒谱分析技术剔除噪声；利用人工智 能把信号识别、数字滤波结合起来进行噪声剔除。 ◆ 应用自适应滤波、卡尔曼滤波等技术进行信号处理。8.2.3 检测与监控技术基础8.2.3 检测与监控技术基础 把高维数据经变换或映射成低维的、特征突出、易于识别的样本的过程称之为特征的提取。 数字计算机比较容易识别低维的数字特征，而难于识别物理和结构的特征。数字化后的传感检测信号往往是特征不明显的高维大容量信号,直接应用这些大容量的高维数据进行计算机识别，不仅要进行大量计算,而且比较难于识别。为此要降维，从大量信息中提取较少的低维特征。在识别刀具磨损时常以脉冲记数值作为识别特征。 特征的提取方法较多，如：采用各种变换降维;从被识别事物的特点或根据实验分析或专家知识，抽取最有识别价值的特征，摈弃冗余的特征信息；根据一定的准则对特征进行分类，筛选出低维的特征组合(子集)。相关的判据(准则)有：最小错误率、基于距离的可分性判据---类内、类间距离等。● 特征的提取8.2.3 检测与监控技术基础8.2.3 检测与监控技术基础 经特征提取后可获得反映本质的特征数据，对数据进行压缩(如以脉冲记数作为反映磨损过程的特征值，而以其记数的累加值对脉冲数据进行压缩)，形成能反映事物特征的特征空间。识别(或识别决策)是在特征空间按一定的算法进行事物分类。切削过程识别方法有：按贝叶斯决策理论的模式识别(又称统计识别)、广义线性判据函数、模糊(模式)识别、聚类分析、人工神经网络(ANN)识别与人工智能技术中的专家系统等。● 切削过程识别