本发明专利技术公开了一种三维动态磨削力检测装置及其解耦算法。该三维动态磨削力检测装置包括底座和上盖板，所述底座和所述上盖板中间，通过螺钉连接安装有立柱，所述上盖板下端面对称设置有四个矩形凸台，所述底座上通过螺钉连接安装有4个支座，每对所述支座和所述矩形凸台之间通过螺钉和螺栓连接安装有1个水平方向弹性薄板和1个竖直方向弹性薄板，每个所述弹性薄板表面均粘贴有1片电阻应变片。该解耦算法采用基于遗传算法优化的BP神经网络作为解耦模型。本发明专利技术结构设计巧妙，固有频率高，可测动态力范围广，向间耦合度低，制造简单，成本低，同时解耦算法收敛快、精度高、可靠性高，具有较好的实用和推广价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机械加工测试
，涉及的是精密零件磨削加工过程中三维动态磨削力的检测装置和解耦算法。
技术介绍
磨削作为精密零件加工过程中不可或缺的加工方法，其加工精度将直接地影响工件表面质量和使用性能。磨削力作为影响磨削加工精度和效率的重要因素，如何对其进行精确测量，进而实现在线磨削力实时控制，成为提高磨削加工精度和质效的重要保证。国内外目前主要采用以下装置和方法进行三维动态磨削力的检测和解耦：1.电阻应变式磨削测力仪，采用八角圆环、薄壁圆筒、十字筋等机械结构作为弹性元件，在磨削力的作用才产生变形，通过贴于其表面上的电阻应变片，将变形量转化为电压输出，实现磨削力的检测。2.压电式磨削测力仪，采用整体式机械结构，压电石英晶体作为力电转换元件，磨削力作用在整体式机械结构上表面，机械结构产生未变形，将磨削力传递到石英晶体，石英晶体在外力作用下产生电荷输出，实现磨削力的检测。3.三维动态磨削力解耦目前大多采用基于最小二乘拟合的多元线性回归解耦算法。上述应变式及压电式磨削测力仪的主要问题是：1.八角圆环、薄壁圆筒和十字筋等机械结构作为弹性元件，为了保证在磨削力作用下产生足够的变形量，导致其刚度无法提高，测力仪整体固有频率过低，往往在几十赫兹，可检测动态力的频率范围狭窄，无法满足复杂曲面精密磨削过程中高动态磨削力的检测要求。2.压电式磨削测力仪制造过程需要对石英晶体进行精确切型，且晶体与机械结构装配过程技术要求高，国外成熟的压电式磨削测力仪售价高昂，给用户造成了巨大的经济负担，另外压电式磨削测力仪不能检测静态力和静态力矩。3.多元线性回归解耦算法对测力仪标定数据采用线性拟合进行处理，但实际测力仪的标定数据不可能是严格线性的，测力仪线性度的好坏将严重影响拟合误差，因此多元线性回归解耦算法对测力仪线性度依赖性大，导致解耦效果极不稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述缺陷，设计一种可以同时保证高灵敏度与高固有频率的、制造简单、低成本的电阻应变式三维动态磨削力检测装置及高精度、高可靠性解耦算法。为了实现本专利技术的目的，本专利技术采用的技术方案如下：三维动态磨削力检测平台(26)，包括底座(1)，底座(1)上安装有作为主弹性元件的立柱(6)，立柱上端配合安装有上盖板(4)，上盖板上开有装夹螺纹孔(14)，通过螺钉固定待加工工件(27)，磨具与工件之间产生的磨削力作用在工件上，通过与工件固结的上盖板(4)传递到立柱(6)，引起立柱产生相应方向的变形。在立柱(6)四周，安装有四个支座(2)。在支座(2)和上盖板(4)之间相应安装有X、Y、Z三组弹性薄板组(3x、3y、3z)，各组之间安装位姿相互垂直，作为附加弹性元件，该弹性元件与立柱(6)为并联连接关系，在磨削力作用下，产生与立柱(6)相同的变形量。所述的弹性薄板(3)的表面均粘贴有一片电阻应变片组(5)，电阻应变片跟随弹性薄板产生变形量，引起应变片产生正比于变形量的阻值变化量，通过与应变片组相连接的信号调理电路(29)，将三组应变片的阻值变化量转化为相应的三组电压变化量，实现三维磨削力的检测。采用BP神经网络模型对三维磨削力原始信号进行解耦处理，并采用遗传算法对BP神经网络的初始权值和阀值进行优化，将优化得到的最优值作为BP神经网络权值和阀值的初始值进行网络训练，得到基于遗传算法优化的BP神经网络解耦模型，将检测平台输出的原始信号输入到该模型运算处理，得到解耦后的三维磨削力信号。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术采用安装在底座与上盖板之间的立柱，作为主弹性元件，感应磨削力产生机械变形，其特点是刚度高，足以保证该磨削力检测装置整体的高固有频率。同时采用与立柱并联的弹性薄板，作为附加弹性元件，其特点是刚度低，因而立柱的变形基本全部传递到该薄板上。同时，该薄板尺寸短，因而，单位长度的变形量远高于立柱。实现了同时保证检测装置高灵敏度与高固有频率的要求。2.本专利技术对应三向磨削力，采用三组附加弹性元件分别进行检测，三组附加弹性元件的安装位姿两两相互垂直，有效降低了各组附加弹性元件之间的变形耦合，在结构上有效降低了三维磨削力检测的向间耦合程度。3.本专利技术采用基于遗传算法优化的BP神经网络解耦模型对检测到的三维磨削力原始信号进行解耦处理，非线性拟合能力强，解耦精度高，不依赖于检测装置线性度，可靠性高。经过遗传算法优化的BP神经网络解耦模型，训练时可以获得最优模型，有效避免陷入局部最优，收敛速度明显提高。附图说明图1为本专利技术的结构主视图。图2为本专利技术的结构左视图。图3为本专利技术的结构俯视图。图4为本专利技术的结构轴测图。图5为底座俯视图。图6为上盖板仰视图。图7为上盖板左视图。图8为立柱斜侧图图9为支座斜侧图。图10为弹性薄板斜侧图。图11为弹性薄板安装位姿主视图。图12为弹性薄板安装位姿俯视图。图13为弹性薄板安装位姿示意图。图14为弹性薄板与立柱并联关系示意图。图15为三维动态磨削力检测装置示意图。图16为本专利技术的基于遗传算法优化的BP神经网络解耦算法原理框图。图17为本专利技术的三维动态磨削力解耦示意图。其中，附图标记所对应的名称：1-底座，2-支座，3x-X方向弹性薄板组，3y-Y方向弹性薄板组，3z-Z方向弹性薄板组，4-上盖板，5x-X方向电阻应变片组，5y-Y方向电阻应变片组，5z-Z方向弹性薄板组，6-立柱，7-沉头通孔，8-矩形凹槽，9-装夹通孔，10-方形凹槽，11-沉头通孔，12-沉头通孔，13-矩形凸台，14-装夹螺纹孔，15-方形凹槽，16-沉头通孔，17-螺纹孔，18-螺纹孔，19-方形凸台，20-方形凸台，21-沉头通孔，22-螺纹孔，23-矩形凸台，24-电阻应变片粘贴面，25-通孔，26-三维动态磨削力检测装置，27-待加工工件，28-砂轮，29-信号调理电路，30-数据采集卡，31-PC机，S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8-八个弹性薄板。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。本专利技术实施方式包括但不限于下列实施例。如图1到图7所示，为本专利技术一种三维动态磨削力检测装置的一个优选实例的检测装置主体结构示意图。包括底座1、上盖板4和两者之间的立柱6，所述底座1上端面中间位置开有方形凹槽10，所述底座1上中间位置开有4个沉头通孔11，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种三维动态磨削力检测装置，其特征在于，包括底座(1)、立柱(6)、上盖板(4)、支座(2)、弹性薄板组(3)和应变片组(5)，所述底座(1)上端面开有方形凹槽(10)和沉头通孔(11)，所述上盖板(4)的下端面开有方形凹槽(15)和沉头通孔(16)，所述立柱(6)的上下两端面设置有方形凸台(19)和(20)，并均开有螺纹孔(18)，两组预紧螺钉分别穿过通孔(11)和通孔(16)与螺纹孔(18)配合，将所述底座(1)、立柱(6)和上盖板(4)固结在一起，所述底座(1)上表面四周均布有4个矩形凹槽(8)，所述底座(1)上表面四周开有沉头通孔(7)，所述支座(2)的下端面设置有与所述凹槽(8)相配合的凸台(23)，所述支座(2)下端面开有螺纹孔，预紧穿过通孔(7)与支座下端面的螺纹孔配合，将所述底座(1)和4个所述支座(2)固结在一起，所述上盖板(4)的下端面对称设置有4个矩形凸台(13)，所述矩形凸台(13)的下端面开有沉头通孔(12)，所述矩形凸台(13)的侧面开有螺纹孔(17)，所述支座(2)上开有螺纹孔(22)和沉头通孔(21)，每对所述矩形凸台(13)和所述支座(2)之间均安装有一个水平方向弹性薄板(3)和一个竖直方向弹性薄板(3)，所述弹性薄板(3)的上下两端均开有通孔(25)，采用一组螺栓穿过通孔(21)和通孔(25)与螺母配合，另一组螺钉穿过通孔(25)和螺纹孔(17)配合，将所述支座(2)、水平方向弹性薄板(3)和上盖板(4)固结在一起，采用一组螺栓穿过通孔(12)和通孔(25)与螺母配合，另一组螺钉穿过通孔(25)和螺纹孔(22)配合，将所述上盖板(4)、竖直方向弹性薄板(3)和支座(2)固结在一起。...
【技术特征摘要】
1.一种三维动态磨削力检测装置，其特征在于，包括底座(1)、立柱(6)、
上盖板(4)、支座(2)、弹性薄板组(3)和应变片组(5)，所述底座(1)上
端面开有方形凹槽(10)和沉头通孔(11)，所述上盖板(4)的下端面开有方
形凹槽(15)和沉头通孔(16)，所述立柱(6)的上下两端面设置有方形凸台
(19)和(20)，并均开有螺纹孔(18)，两组预紧螺钉分别穿过通孔(11)和
通孔(16)与螺纹孔(18)配合，将所述底座(1)、立柱(6)和上盖板(4)
固结在一起，所述底座(1)上表面四周均布有4个矩形凹槽(8)，所述底座(1)
上表面四周开有沉头通孔(7)，所述支座(2)的下端面设置有与所述凹槽(8)
相配合的凸台(23)，所述支座(2)下端面开有螺纹孔，预紧穿过通孔(7)与
支座下端面的螺纹孔配合，将所述底座(1)和4个所述支座(2)固结在一起，
所述上盖板(4)的下端面对称设置有4个矩形凸台(13)，所述矩形凸台(13)
的下端面开有沉头通孔(12)，所述矩形凸台(13)的侧面开有螺纹孔(17)，
所述支座(2)上开有螺纹孔(22)和沉头通孔(21)，每对所述矩形凸台(13)
和所述支座(2)之间均安装有一个水平方向弹性薄板(3)和一个竖直方向弹
性薄板(3)，所述弹性薄板(3)的上下两端均开有通孔(25)，采用一组螺栓
穿过通孔(21)和通孔(25)与螺母配合，另一组螺钉穿过通孔(25)和螺纹
孔(17)配合，将所述支座(2)、水平方向弹性薄板(3)和上盖板(4)固结
在一起，采用一组螺栓穿过通孔(12)和通孔(25)与螺母配合，另一组螺钉
穿过通孔(25)和螺纹孔(22)配合，将所述上盖板(4)、竖直方向弹性薄板
(3)和支座(2)固结在一起。
2.根据权利要求1所述的一种三维动态磨削力检测装置，其特征在于，所<...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄智，陈士行，周振武，王洪艳，陈令，李超，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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