[发明专利]基于小波变换的电火花间隙放电状态检测装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种特种加工技术领域的检测装置与方法，具体地说，是一种基于小波变换的电火花间隙放电状态检测装置与方法。

背景技术

电火花加工通过工具电极与工件间的脉冲电火花放电来蚀除工件表面的材料，并最终将电极形状反向拷贝到工件上，这种加工方法具有不受工件材料强度，硬度等机械性能的限制及无宏观切削力等优点，特别适合于难加工材料及复杂形状工件加工，在航空、航天、汽车、电子、模具等行业有着广泛的应用。

电火花加工中的极间电压信号反应了加工过程中电极之间的复杂环境，与电火花加工的效率和精度密切相关。通常，将电火花加工时候的放电状态分为四种类型：火花放电，电弧放电，短路和开路。从极间加载高压到击穿发生正常的火花放电，通常都有一个较大的击穿延时，而电弧放电则一般没有击穿延时，或击穿延时很小。因此，通过对击穿延时进行计时可以对电火花放电的放电状态进行判断，击穿延时检测法是电火花放电状态检测中的一种重要方法。但是，由于电火花加工的复杂性，目前已有的极间状态检测方法通常会受到放电过程中各种噪音和波形畸变的干扰，限制了检测结果的准确性和可靠性。因此，国内外学者一直在努力探求新的电火花放电状态检测方法。

小波分析是一种时频分析方法，相对于传统的频域分析方法，更适用于对信号均值和方差不断变化的非平稳信号进行分析，具有多分辨率分析的特点，可以同时观测到时域和频域内的局部性质，而傅里叶变换的结果却会丢失时域上的信息。电火花加工时候产生的电压信号就是一种具有强非线性的非平稳信号，这一类信号很适合用小波变换的方法来进行分析，得出信号中所含有的与极间放电状态有关的信息。

经对现有技术的文献检索发现，在期刊《The International Journal ofAdvanced Manufacturing Technology》(国际先进制造技术杂志)volume17，pp339-343，2001，“Waveform Monitoring of Electric Discharge Machining byWavelet Transform”(采用小波变换的电火花放电波形检测)中，通过对电压和电流小波变换结果中某个较高频带的频率分量进行分析，来判断电火花放电状态，将放电状态分为开路，正常放电，短路，电弧和脉间五种类型。但该文对如何进行小波变换以及如何根据变换结果进行判断的过程没有详细的论述。并且其得出的小波变换结果是落于某一较窄频带中的，若要实现对放电状态的准确判断，必须假设并保证在电压和电流突变区域以外的其它区域不会存在这一频带内的分量。而由于电火花加工的复杂性和随机性，这一假设不可能得到保证，这一通过较为理想化的放电模型得出的变换结果距离实际应用还存在一定的差距。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供一种基于小波变换的电火花间隙放电状态检测装置与方法，采用低频小波系数作为判断放电状态的依据，具有实时性好，稳定可靠，精确且适用范围广的电火花间隙放电状态检测。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明所涉及的基于小波变换的电火花间隙放电状态检测装置，包括检测装置本体、上位机和极间电压信号引出电缆。检测装置本体包括模拟光耦、模数转换模块、DSP(数字信号处理器)、CPLD(复杂可编程逻辑器件)、USB(通用串行总线)接口、SDRAM(同步动态随机存储器)、FLASH存储器、USB电缆。连接方式为：模拟光耦通过极间电压信号引出电缆与电火花加工机床相连，模数转换模块连接在模拟光耦的后端，DSP连接在模数转换模块的后端，CPLD与DSP、USB接口、SDRAM相连，FLASH存储器与DSP相连，USB接口通过USB电缆与上位机相连。

在电火花加工机床产生的电火花加工电压信号通过极间电压信号引出电缆输入到模拟光耦，经模拟光耦隔离后的模拟电压信号，通过模数转换模块转换成数字信号，输入到DSP中，DSP对原始信号进行小波变换和放电状态判断，求得平均放电状态系数，经CPLD和USB接口，通过USB电缆输入到上位机。SDRAM为系统提供了更多的存储空间，当DSP中的数据缓存区拥挤时，可将部分数据暂存到SDRAM中。FLASH存储器中存储了DSP程序，检测装置本体上电后，DSP自动从FLASH存储器读取程序运行。

所述模数转换模块，是指，转换速率在1Msps以上、采样精度大于10位的模数转换模块，使进入DSP进行处理的信号具有较高的精度。