一种基于C₀复杂度与相关系数的铣削颤振检测方法

摘要

本发明公开了一种基于C₀复杂度与相关系数的铣削颤振检测方法，通过振动加速度传感器获取铣削过程的状态信息；利用梳状滤波器对所获得的信号进行预处理，滤除周期性成分；再利用C₀复杂度指标计算剩余信号的复杂度，反映颤振的非线性程度；然后计算原始信号与滤波后信号的相关系数，反映信号中颤振成分的比重，刻画加工过程中的颤振程度。该方法相比于传统的颤振检测方法，把反映颤振的特征信息和与颤振无关的特征信息分离开来，融合多种指标从本质上表征铣削颤振的物理特性，有效提高颤振检测的敏感性、精确性和可靠性，降低误诊率和漏诊率。

主权项

一种基于C₀复杂度与相关系数的铣削颤振检测方法，其特征在于，包含下述步骤：(1)采集信号通过安装在高速主轴端的振动加速度传感器采集铣削过程中的状态信息，获得的颤振加速度信号表示为X＝[x(1),x(2),…,x(n)]，n表示信号长度；(2)对信号进行梳状滤波通过梳状滤波器滤除信号中的转频、铣削频率及其谐波成分，保留颤振信号所在成分，从而把反映颤振的特征信息和与颤振无关的特征信息分离开来，其中，梳状滤波器的传递函数为：其中N为滤波器阶次，为整数，f_s为采样频率，f_o为要滤除的频率，Ω为主轴转速，a为0～1的常数；(3)C₀复杂度指标计算对经过梳状滤波后的加速度信号进行C₀复杂度计算，C₀复杂度指标为：$C_0\left(r\right)=\frac{\underset{k=1}{\overset{n}{\Sigma }}{|y\left(k\right)-\tilde{y}\left(k\right)|}^2}{\underset{k=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\left|y\left(k\right)\right|}^2}$将该指标作为颤振程度指标，反映颤振的非线性程度，C₀复杂度指标的变化范围为[0,1]；(4)相关系数指标计算计算梳状滤波后加速度信号Y＝[y(1),y(2),…,y(n)]与原始加速度信号X＝[x(1),x(2),…,x(n)]的相关系数：$\rho =\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}(x_i-\bar{x})(y_i-\bar{y})}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(x_i-\bar{x})}^2·\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(y_i-\bar{y})}^2}}$其中$\bar{x}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}x\left(i\right),\bar{y}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}y\left(i\right),$n为信号长度；将该指标作为颤振程度指标，以定量反映原始信号中颤振成分的比重，相关系数指标的变化范围为[‑1,1]，反映两个变量的相关程度；(5)颤振状态的判定a、平稳铣削时，加速度信号中主要成分为转频、铣削频率及其谐波，经过梳状滤波滤除这些成分的信号主要成分为噪声，计算得到的C₀复杂度的值接近于1，相关系数接近于0；b、颤振时，加速度信号的主要成分为颤振成分，经过梳状滤波后的信号主要成分也为颤振成分，计算得到的C₀复杂度的值接近于0，相关系数接近于1。