文档介绍：北京理工大学
先进制造技术
结课报告
论文题目：***状态监测的现状及发展趋势
学 号 2220150086
姓 名陈刚
导 师焦黎
研究方向先进加工技术
二级学科机械制造及其自动化
一级学科机械工程
学 院机械与车辆学院
1-引言
先进制造技术是在制造过程中融合电子技术、信息技术、现代管理技术等, 及时高效地制造出优质、低成本产品的先进工程技术。该技术是美国于20世纪 80年代末为了加强其制造业的竞争力和促进本国国民经济增长而提出的概念。 近年来，我国也意识到先进制造技术的重要性，并在“十五”、“十一五”、“十二五” 期间,都将先进制造技术作为战略规划的一个重点研究方向。从先进制造技术的 概念可知其核心是自动化加工技术。自动化加工可摆脱对熟练技工的依赖，减低 生产成本,提高产品质量和生产效率。同时，产品需求的个性化和多样化、生产过 程复杂化以及小批量生产扩大化都使得自动化加工技术迅猛发展。然而实际应用 中，要实现自动化加工的高效低成本运行,需得到诸多相关技术的保证，其中最重 要的就是“连续加工”，加工过程的连续运行才能使生产效益最大。然而,包括刀 具磨损在内的各种加工状况的经常发生,中断加工过程，无法进行连续加工，从而 制约先进制造技术的发展。因此，加工状态监测技术已成为先进制造技术的关键 技术之一。
***状态监测是实现机械生产自动化的第一步，它是在实际生产加工过程当 中，时刻监控***状态如***磨损、***破损和***非正常切入和碰撞等，并及 时判断对生产加工所产生的影响，最终使系统做出相应的改变，进而实现自动化。 ***状态监测用到了传感器技术、信号处理技术、特征优化技术、模式识别技术 等气
传感器技术
根据传感器的不同，传统上将用于加工操作的监控测量技术分为两种：直接 法和间接法。
直接法是指测量与***材料体积损失有关的参量，其目标对象直接是***, 如识别***外观、表面品质或几何形状的变化等，即使用摄影机、放射性同位素、 光学法或是电阻对加工进行观察。由于直接法需要直接检测刀刃的形状、位置等 参量,一般只能离线测量。直接法的优点是精度高，但是有两个明显的缺点：一是 通常要求停机检测，造成无法实现在线监测，占用生产工时;二是对***突然损 坏缺乏判断能力，使其应用受到严重限制。
Balia Srinivasa Prasad[2]采用激光多普勒测振仪获取***振动信号并用 CCD相机获取工件表面纹理图像，并进行了分析对比，得出二者是高度相关的结 论。Mannan M. A⑶分别使用图像传感器和微型话筒采集***表面图像和切削声音, 用小波分析提取***磨损信息特征，最后将特征输入神经网络进行信息融合，并 对***的磨损状态做出判断。直接法具有高精确度、直观有效的优势，但由于机 械加工，照明和使用切削液的过程中所造成的问题限制，许多直接法还只能用于 实验室中也囱。
各种直接监测法见表3-l[6]o
表3-1多种直接法比较
监测方法
传感器
原理
优劣势分析
直
接
法
机器视觉
CCD相机
直接获取***的 磨损图像
检测精度高，但不能 实现在线检测
电阻法
电阻传感器
***和工件接触 点间电阻的变化
需要改变***结构，
适于连续加工，但受
温度影响较大
光学法
光照度传感器
磨损面反射光强 度
受热应力影响大
***工件间 距法
电子千分尺、超 声波测量仪、电 感位移传感器
***与工件之间 的距离变化
灵敏度易受工件表面 温度、冷却液及工件 尺寸等因素的影响较 大
射线法
放射性元素
检测切屑的放射 性
实时性差，需解决防 放射问题
间接测量法则是通过测量与***切削状态相关的某一种或者几种参量，或测
量某种物理现象，根据其变化与***磨损或破损的某种关系来实现***状态监测。 许多参量能够用于***状态监测，例如：切削力、振动、声发射、电机功率或电 流、切削温度、工件表面粗糖度等等。在实际使用中可以有以上一种或多种监测 参量，应从信号获取方式、灵敏度、抗干扰能力及安装条件等多个因素综合考虑 进行选择。间接法对切削加工过程无影响或影响较小，广泛用于***的在线监测， 目前的研究重点也主要是集中在间接监测法。同样，该方法存在诸多难点：（1） 切削加工过程是一个非线性时变过程，很难建立精确的数学建模；（2）影响传感 器信号的因素复杂，如切削条件、工件材料、***种类等都会影响传感器信号， 较难建立***状态与传感信号之间的对应关系；（3）传感信号还受到诸如外界干 扰，如传感器的非线性干扰、数字化噪声及传输电子干扰等，如何消除外界干扰 也是关键；
（4）需要配备传感器、信号采集与处理器设备，导致系统复杂，费用高