[发明专利]基于声音特征提取的超高压水射流速度优化控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及超高压水射流切割技术，具体是超高压水射流速度优化控制方法。

背景技术

超高压水射流切割机在切割过程中具有无化学变化、无热变形、切缝窄、精度高、切面光洁、清洁无污染等优点，随着高科技的迅速发展，水射流切割机更趋向复杂化、更高压力、高性能、大负荷、高集成度、机电一体化、依赖性强等特点，因此，如何提高切割产品的光滑度和切割效率是目前超高压水射流切割优化控制的主要研究内容。

由水射流基本理论得到影响水射流切割光滑度                                                工艺参数主要有：喷嘴移动速度、水压、流量、喷嘴结构参数(内径、长径比、材料、形状) 、靶距、冲击角度 、切割次数、总功率、磨料参数（种类、尺寸、流量）、磨料混合方式（前置式、后置式）、产品参数（厚度、材料）等20多个，因此水射流系统光滑度与这些参数是强非线性映射关系，对这些参数进行全面定量的研究和优化控制目前存在很大的困难。然而，在水射流切割工业现场中，受生产条件限制，并不是上述所有的工艺参数都可以调整，可以调整的主要的工艺参数有喷嘴移动速度、水压、冲击角度等，其中喷嘴移动速度是主要优化控制因素。由生产经验得知：不同厚度的产品切穿持续时间明显不同，切割时间越长，切割质量越好，对应喷嘴的横移速度越慢；通过水射流设备的数控系统上层指令可以方便调整，可行性好，喷嘴移动速度对提高切割的光滑度的贡献率在。因此，如何根据不同的材料、不同厚度、不同光滑度要求自适应优化最佳的喷嘴移动速度是关键。 

现有的超高压水射流速度控制仍然处于简单的人工经验控制，效率低，通过在数控系统中手工设置最大值和最小值速度，按照直线减速方式进行硬切换，难以满足柔性制造的高光滑度自适应控制要求。

发明内容

本发明正是为了解决上述问题，提供一种基于声音特征提取的自适应优化控制超高压水射流喷嘴横移速度的方法，提高切割产品表面光滑度和切割效率，满足实际工业生产的需要。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是包括如下步骤：（1）在没有切割工件时采集多段背景噪声信号，对背景噪声信号进行分析获得时域特征和频域特征，背景噪声能量集中在0-8500Hz滤波频带基准内，背景噪声信号均方差为；（2）获取N组水射流切割现场声音信号y(t)，选取的个离散序列，，是正整数，对进行五个尺度的正交小波分解，获得各尺度的小波分解系数，为分解尺度，为分解个数；根据小波分解系数的平方和计算各尺度上的分解能量，建立分解尺度和分解能量分布图，并利用所述背景噪声的均方差和所述滤波频带基准，基于最小距离原则确定尺度阈值，令大于该尺度阈值的各尺度的小波系数为零，其他尺度分解小波系数不变，得到新的小波系数，对所述新的小波系数进行信号小波逆变换，得到纯粹的水射流切割反射声音的近似反射声音信号，求出的振幅包络；当振幅包络的绝对值大于设定的幅值阈值门限时，获取对应的水射流切割开始时刻；当振幅包络的绝对值小于设定的幅值阈值门限时，获取对应的水射流切割结束时刻；得到N个水射流反射声音切穿时间，计算信号能量；（3）将切穿时间、能量特征作为输入量、以人工经验获得的最佳喷嘴横移速度为输出量建立最小二乘支持向量机模型；（4）切割工件时，在线采集切割现场声音信号，提取其切穿时间和信号能量，将切穿时间和信号能量输入到所述最小二乘支持向量机模型，获得最佳喷嘴横移速度。

当超高压水射流冲击不同材质和几何形状参数的目标物体时，产生声音的特征值不同，因此本发明利用超高压水射流反射声音识别是否切穿物体，从而确定合适的优化速度。本发明具有很强的实用性，能够对不同材料、不同厚度、不同光滑度要求基于声音特征自适应优化最佳的喷嘴移动速度，可提高水射流切割的工作效率以及切割产品的品质，减轻操作者的劳动强度。 

附图说明

图1是声音信号计算机采集和控制系统应用图；

图2是图1中的计算机9的结构图；

图3是背景噪声信号图；

图4是现场声音信号图；

图5是现场声音信号的频谱图；

图6是纯粹的水射流切割反射声音信号包络图；

图7是本发明基于声音特征提取的超高压水射流速度优化控制流程；

图8是切割声音时间与最优切割速度的匹配关系图。

具体实施方式