[发明专利]可转位刀具切削动态信号的工频干扰高精度补偿方法

说明书

可转位刀具切削动态信号的工频干扰高精度补偿方法，涉及机械动态信号的分析及处理方法。首先对所采集的振动信号进行快速傅里叶变换；对工频成分50Hz附近的两条谱线采用基于矩形窗的主动移频比值型频谱校正方法进行频率粗略估计；再利用粗估计频率为中心对称分布且具有单位频率间隔的一对谱线进行频率二次估计；按二次估计的频率对原数据进行近似整周期采样截断，减小FFT后的频谱形状畸变；对截断后的信号进行高精度高密度插值，减小FFT中有限求和代替积分的计算原理误差；对近似整周期的高密度采样信号应用改进的主动移频比值型频谱校正方法进行工频成分的谐波参数识别，并构造补偿信号对原始信号中的工频干扰进行抑制。

技术领域

本发明涉及机械动态信号的分析及处理方法，具体是涉及一种在不改变动态信号采样参数前提下，高精度辨识工频谐波成分参数并构建补偿信号实现干扰成分抑制的可转位刀具切削动态信号的工频干扰高精度补偿方法。

背景技术

可转位刀具是切削加工中常用的工具，振动加速度测量是目前常用的监测方法。由于加速度传感器及其安装的表面都是金属导体，在测量的过程中容易受到50Hz工频市电的干扰(以下称工频干扰)。工程上，虽然可以通过在传感器与安装位置之间加装绝缘垫以防止工频干扰，但这样做显著降低了传感器的频率响应范围及传感精度。

与上述硬件方法形成对比的措施为：不加装绝缘垫直接采集信号，然后采用适当的数字信号处理方法也可以有效地抑制工频干扰。梁奇等采用数字陷波滤波器对表面肌点信号中的工频干扰进行了滤除(梁奇,叶明,马文杰.滤除SEMG工频干扰的数字陷波器设计.计算机工程与应用,2009(17):61-63.)。孙九菊等在Levkov滤波的基础上,结合基于小波变换的QRS检测函数,对心电信号中工频干扰进行滤除(孙九菊，郭峰林，杨茜.一种滤除心电信号50Hz工频干扰的算法.武汉工业学院学报,2012(02):62-64.)。唐武等提出了基于模拟滤波器和数字滤波器方式消除轨道电路波形中50Hz工频干扰的方案(唐武,李大军,何德喜,王强,董勃.国铁轨道电路50Hz工频干扰影响及解决方案,中国科技信息,2017(08):95-96+14.)。孙维方、陈彬强等提出了一种主动移频频谱校正方法(Sun,W.；Yao,B.；He,Y.；Chen,B.；Zeng,N.；He,W. Health State Monitoring of Bladed Machinery with CrackGrowth Detection in BFG Power Plant Using an Active Frequency Shift SpectralCorrection Method.Materials,2017,10,925.)，对信号经过FFT后的频谱进行等间隔的离散插值，通过对称准则选取了单位频率分辨率间隔的两条谱线进行频谱校正，提高了谐波参数中频率基幅值的校正精度，但计算量较大。

发明内容

本发明目的在于针对可转位刀具切削过程动态信号采集中的工频谐波干扰难以抑制的问题，提供一种基于数字信号处理的可转位刀具切削动态信号的工频干扰高精度补偿方法。

本发明包括如下步骤：

1)采用振动加速度传感器在可转位刀具主轴上非加工切削区域安装振动加速度传感器，采集并保存去均值后的离散数字信号{x(n)},其中n＝0,1,…,L-1；变量L为信号的长度且必须为偶数，要求采样频率f_s与可转位刀具的切削特征频率f_c之间满足关系：f_s≥10f_c；

2)采用基于矩形窗函数的比值型频谱校正方法对信号{x(n)}的工频干扰进行频率参数的粗略估计，包含以下子步骤：

a.对原长度为L的信号{x(n)}进行快速傅里叶变换(FFT)，得到信号的频谱表示频率为(n-1)·f_s/L简谐波的复数值型谱线；