电火花小孔加工在线穿透检测方法技术

一种电火花小孔加工在线穿透检测方法，采集穿孔加工过程中的原始信号，提取特征信号进行预处理，并生成加工状态图。在建模模式时，使用模式识别方法对已由人工分类的加工状态图进行处理，得到穿透判断模型；在检测模式时，读取所述穿透判断模型并使用模式识别方法，对实时得到的加工状态图进行分类从而得到穿透判断结果。本发明专利技术利用穿透现象发生前后加工状态会发生突然变化这一特性，对加工过程特征信号进行实时处理，将提取出的一定时间窗口内的特征信号变化趋势曲线集合视为表征加工状态的图像，采用模式识别算法，对所述的图像进行在线分类，实现穿透检测。

On line penetration detection method of EDM small hole machining

【技术实现步骤摘要】
电火花小孔加工在线穿透检测方法
本专利技术涉及的是一种机械加工领域的技术，具体是一种电火花小孔加工在线穿透检测方法。
技术介绍
电火花小孔加工中将电极从工件另一侧或内腔穿出的现象称为穿透，一般穿透后需要继续进给一段才能确保加工完成。由于加工时电极损耗大，损耗量不定，因而控制系统无法通过进给量判定是否发生穿透。目前常见的做法是设定加工深度，达到此深度后自动结束加工，但难以既保证完全穿透，又避免过度进给，导致带空腔的工件损坏，产生“背伤”。现有的穿透检测方法主要是设定阈值，将放电电流、电压等信号与阈值比较，根据超出、不足或波动情况判定是否穿透。此类方法对阈值的有效性和具体加工条件的依赖性高。
技术实现思路
本专利技术针对现有方法存在的上述不足，提出一种电火花小孔加工在线穿透检测方法，利用穿透现象发生前后加工状态会发生突然变化这一特性，对加工过程特征信号进行实时处理，将提取出的一定时间窗口内的特征信号变化趋势曲线集合视为表征加工状态的图像，采用模式识别算法，对所述的图像进行在线分类，实现穿透检测。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术涉及一种电火花小孔加工在线穿透检测方法，通过采集穿孔加工过程中的原始信号，提取特征信号进行预处理，并生成加工状态图。在建模模式时，使用模式识别方法对已由人工分类的加工状态图进行处理，得到穿透判断模型；在检测模式时，读取所述穿透判断模型并使用模式识别方法，对实时得到的加工状态图进行分类从而得到穿透判断结果。所述的加工过程中的特征信号包括但不限于：(1)可直接采集的信号：极间电流、电压、进给深度等，(2)处理后得到次级信号：有效放电率、短路率、进给率等。所述的加工状态图是指：选取预设窗口内的各个特征信号，预处理后绘制各自对应的变化趋势曲线，从而组成加工状态图，该加工状态图可全面地表征一段时间内加工状态的变化趋势，受加工状态波动、外部干扰、测量噪声等的影响小，改变加工条件不会改变加工状态变化趋势。所述模式识别算法的运用使得针对加工状态图的分类建模由计算机程序完成，减少人为干预；分类结果精确、快捷、稳定、可靠；使用一组样本数据建立分类模型后，可用于新的不同的数据样本分类，泛化能力强。根据典型加工条件建立分类模型后，可以直接运用于其他多种不同加工条件，而不必针对每种条件单独标定或调节参数。所述的模式识别是指：其中：f表示模式识别过程；y为识别结果，由整数表示，是模式识别过程的输出；为特征信号向量，包含一组特征信号，是模式识别过程的输入；m为分类模型，作为模式识别的依据，是模式别过程的输入。所述的分类模型是指：其中：y为分类结果，由整数表示，是分类模型的输出；为特征信号向量，包含一组特征信号，是分类模型的输入。技术效果与现有技术相比，本专利技术提出的穿透检测方法，准确性高；在合理范围内调节加工参数，无需改变检测参数，泛化能力强。与现有的其他穿透检测方法相比，有显著优势。附图说明图1为实施例示意图；图2为控制模块内部模块示意图；图3为实施例加工状态图；图4为实施例穿透判断示意图；图中：工作台1、加工工件2、升降电机3、丝杠4、中空管状电极5、电极夹头6、光栅尺7、脉冲电源8、放电间隙9、高压工作液10、电流检测模块11、电压检测模块12、穿透检测系统13。具体实施方式如图1所示，为本实施例涉及的一种电火花小孔加工设备，包含工作台1、加工工件2、升降电机3、丝杠4、中空管状电极5、电极夹头6、光栅尺7、脉冲电源8、放电间隙9、高压工作液10、电流检测模块11、电压检测模块12和穿透检测系统13，其中：工作台1上放置加工工件2，升降电机3设置于丝杠4上，与中空管状电极5通过电极夹头6相连，构成升降机构，可控制电极5的升降。所述的升降机构同时还包含光栅尺7，用于跟踪当前升降机构的位置，脉冲电源8在电极5和工件2之间加上高频电压，在放电间隙9中产生放电现象，实现工件材料去除，高压工作液10从电极内部喷入放电间隙9，起到排屑和冷却的作用，实现加工过程的持续稳定进行，用于实时采集通过放电间隙的电流数值的电流检测模块11与脉冲电源8相连，用于实时采集放电间隙两端的电压数值的电压检测模块12与电极5相连，穿透检测系统13分别与电流检测模块11、电压检测模块12、光栅尺7和升降电机3相连，接收来自光栅尺7的升降机构位置信号、来自电流检测模块11的极间电流信号、来自电压检测模块12的极间电压信号，设置采样的时间窗口宽度和采样周期。所述的穿透检测系统13包括：信号采集单元、信号处理单元、状态图生成单元、模式识别单元和分类模型单元，如图2所示。其中：信号采集单元分别与光栅尺7、电流检测模块11、电压检测模块12相连获取距离信号、电流信息和电压信息，信号处理单元分别与信号采集单元和状态图生成单元相连并进行信号预处理，状态图生成单元与信号处理单元相连并获取处理后的信号数据，并生成状态图样本后输出至模式识别单元，用于建立分类模型以及实施分类的模式识别单元根据状态图样本输出分类结果至分类模型单元，分类模型单元用于储存和提供模型数据。本实施例中的具体功能实现及其执行过程如下：本实施例中的采样周期为10毫秒，信号窗口宽度为100个采样周期，原始信号采样率为100千赫兹，低通滤波器的阶数为30。每个采样周期内，所述的信号采集单元获得电流、电压、电极位置三种原始信号，并储存在缓冲区中，如图2所示。单个采样周期内的原始信号数据量与原始信号采样率有关。每个周期采样结束后，将原始信号数据输出至信号处理单元，清空缓冲区，并开始下一周期的数据采集和储存。每个采样周期内，所述的信号处理单元首先从信号采集单元获得原始数据，然后从原始信号数据中提取次级信号，获得的次级信号包括：电极进给速度、有效放电率和短路率，将次级信号归一化至[0,1]区间，并作为加工过程特征信号。使用数字式有限冲击响应(FIR)低通滤波器，对所述特征信号进行滤波处理，去除高频干扰与噪声，得到平滑信号。使用离散时间移动平均(MA)模型对所述平滑信号进行预测，预测的周期长度等于所述低通滤波器的阶数，预测结果附加于所述平滑信号之后。如图3所示。每个采样周期内，所述的状态图生成单元从信号处理单元得到处理后的特征信号，包含所述平滑信号及其预测部分，即为特征信号变化趋势曲线，将特征信号的变化趋势曲线进行组合，生成一个加工状态图，其长度为信号窗口宽度与所述预测长度之和，其高度为1。所述的模式识别单元的运行模式包括：使用本方法获得分类模型的建模模式和在加工过程中使用本方法进行穿透检测的检测模式，其中：在建模模式下，每个采样周期内，状态图生成单元生成的状态图样本，由人工进行分类，并记录每个样本及其对应的人工分类结果，当获得合适数量的状态图样本及其人工分类结果后，将其输入模式识别单元以生成分类模型并输出至分类模型单元储存供检测模式时使用；模式识别单元在检测模式时从分类模型单元获取分类模型数据，从状态图生成单元获得一个加工状态图样本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电火花小孔加工在线穿透检测方法，其特征在于，采集穿孔加工过程中的原始信号，提取特征信号进行预处理，并生成加工状态图；/n在建模模式时，使用模式识别方法对已由人工分类的加工状态图进行处理，得到穿透判断模型；在检测模式时，读取所述穿透判断模型并使用模式识别方法，对实时得到的加工状态图进行分类从而得到穿透判断结果；/n所述的加工过程中的特征信号包括：极间电流、电压、进给深度、有效放电率、短路率、进给率；/n所述的加工状态图是指：选取预设窗口内的各个特征信号，预处理后绘制各自对应的变化趋势曲线，从而组成加工状态图。/n

【技术特征摘要】
1.一种电火花小孔加工在线穿透检测方法，其特征在于，采集穿孔加工过程中的原始信号，提取特征信号进行预处理，并生成加工状态图；
在建模模式时，使用模式识别方法对已由人工分类的加工状态图进行处理，得到穿透判断模型；在检测模式时，读取所述穿透判断模型并使用模式识别方法，对实时得到的加工状态图进行分类从而得到穿透判断结果；
所述的加工过程中的特征信号包括：极间电流、电压、进给深度、有效放电率、短路率、进给率；
所述的加工状态图是指：选取预设窗口内的各个特征信号，预处理后绘制各自对应的变化趋势曲线，从而组成加工状态图。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的模式识别是指：其中：f表示模式识别过程；y为识别结果，由整数表示，是模式识别过程的输出；为特征信号向量，包含一组特征信号，是模式识别过程的输入；m为分类模型，作为模式识别的依据，是模式别过程的输入；
所述的分类模型是指：其中：y为分类结果，由整数表示，是分类模型的输出；为特征信号向量，包含一组特征信号，是分类模型的输入。


3.一种实现上述任一权利要求所述方法的穿透检测系统，其特征在于，包括：信号采集单元、信号处理单元、状态图生成单元、模式识别单元和分类模型单元，其中：信号采集单元分别与光栅尺、电流检测模块、电压检测模块相连获取距离信号、电流信息和电压信息，信号处理单元分别与信号采集单元和状态图生成单元相连并进行信号预处理，状态图生成单元与信号处理单元相连并获取处理后的信号数据，并生成状态图样本后输出至模式识别单元，模式识别单元根据状态图样本输出分类结果至分类模型单元，分类模型单元用于储存和提供模型数据。


4.根据权利要求3所述的系统，其特征是，每个采样周期内，所述的信号采集单元获得电流、电压、电极位置三种原始信号，并储存在缓冲区中；每个周期采样结束后将原始信号数据输出至信号处理单元，清空缓冲区并开始下一周期的数据采集和储存。


5.根据权利要求4所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张亚欧，夏蔚文，赵万生，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31