[发明专利]不平衡振动信号的特征量提取方法及装置

说明书

本发明提供一种不平衡振动信号的特征量提取方法及装置，方法包括：同时采集主轴的不平衡振动信号和转速脉冲信号；对不平衡振动信号进行模态分解，根据能量损失系数确定模态分量个数，获得不平衡振动信号的多个模态分量；根据所述转速脉冲信号确定转频并根据所述转频构建参考振动信号，计算多个模态分量和参考振动信号的相关系数，获取相关系数最大的模态分量；根据相关系数最大的模态分量获取特征量。本发明所提方法可以在强背景噪声下，准确提取出振动信号中转频信号的幅值与相位，在主轴动平衡测试领域具有很高的应用价值。

技术领域

本发明涉及主轴动平衡技术领域，尤其涉及一种不平衡振动信号的特征量提取方法及装置。

背景技术

现代化数控机床是制造业的基础设备，而主轴是其核心部件，主轴的性能会对机床加工性能产生较大影响。然而，主轴在运转过程中会因制造、装配误差等因素产生不平衡离心力，造成主轴振动，从而极大程度上降低机床的加工精度，影响加工质量，因此，需要对机床主轴进行动平衡。

要实现主轴动平衡，则需要对不平衡质量进行质量补偿，而计算主轴不平衡质量则需要获取包含在主轴振动信号中的转频振动信号，其中，转频振动信号幅值与相位的准确获取是正确计算不平衡质量的前提。在主轴现场动平衡过程中，往往伴随着强烈的背景噪声干扰，传统方法在强噪声背景下很难实现主轴转频信号特征量的准确提取。

发明内容

本发明提供一种不平衡振动信号的特征量提取方法及装置，用以解决现有技术中强噪声背景下主轴转频信号特征量提取困难的缺陷，从而准确提取特征量实现主轴动平衡。

本发明提供一种不平衡振动信号的特征量提取方法，包括：

同时采集主轴的不平衡振动信号和转速脉冲信号；

对所述不平衡振动信号进行模态分解，根据能量损失系数确定模态分量个数，获得所述不平衡振动信号的多个模态分量；

根据所述转速脉冲信号确定转频并根据所述转频构建参考振动信号，计算所述多个模态分量和所述参考振动信号的相关系数，获取相关系数最大的模态分量

根据所述相关系数最大的模态分量获取特征量。

根据本发明提供的一种不平衡振动信号的特征量提取方法，所述对所述不平衡振动信号进行模态分解，根据能量损失系数确定模态分量个数，包括：

对所述不平衡振动信号采用变分模态分解方法进行模态分解，所述模态分量个数随迭代次数增加；

根据所述能量损失系数设定迭代停止条件，获取停止迭代时的模态分量个数。

根据本发明提供的一种不平衡振动信号的特征量提取方法，所述迭代停止条件为能量损失系数小于阈值，所述阈值的取值范围为[0.02,0.06]。

根据本发明提供的一种不平衡振动信号的特征量提取方法，所述能量损失系数采用式1计算：

其中，ξ表示能量损失系数，f表示不平衡振动信号，u_k表示第k个模态分量，K表示模态分量总数。

根据本发明提供的一种不平衡振动信号的特征量提取方法，所述根据所述相关系数最大的模态分量获取特征量，包括：

将所述相关系数最大的模态分量作为含有转频振动信号的分量，获取所述转频振动信号的幅值与相位，得到所述特征量。

根据本发明提供的一种不平衡振动信号的特征量提取方法，所述对所述不平衡振动信号进行模态分解之前，还包括：

对所述不平衡振动信号进行预处理，所述预处理包括低通滤波和降采样处理。

本发明还提供一种不平衡振动信号的特征量提取装置，包括：