[发明专利]一种基于摩擦起电原理的刀具磨损状态监测方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于摩擦起电原理的刀具磨损状态监测方法及系统，涉及刀具磨损状态监测领域，包括基于获取的被监测刀具的电压信号和刀具磨损状态确定神经网络模型，确定被监测刀具的磨损程度；被监测刀具的电压信号包括传感设备采集的被监测刀具的电压波形图和被加工工件的电压波形图；传感设备包括波形生成器以及与所述波形生成器的输入端均连接的第一传感器、第二传感器；第一传感器安装在被监测刀具上，第二传感器安装在加工工件上，且第一传感器和第二传感器均为基于摩擦起电原理制造的传感器；被加工工件为用所述被监测刀具进行加工的工件。本发明具有易安装、成本低、适用性强和准确度高的特点。

技术领域

本发明涉及刀具磨损状态监测领域，特别是涉及一种基于摩擦起电原理的刀具磨损状态监测方法及系统。

背景技术

据统计，因刀具问题而导致的故障占了总故障的22.4％，实际生产中工人都是以自己的经验来判断刀具的磨损状态，比如被加工工件的个数和加工时间、被加工工件的表面质量和加工噪声情况以及切屑的形成。这就会存在一些问题：刀具未到使用寿命就换刀，造成刀具成本增加；刀具磨损严重才换刀影响被加工工件的加工精度，甚至损坏被加工工件和机床。应用智能化的刀具磨损状态监测技术十分必要。

目前刀具磨损状态监测技术主要分为：基于切削力信号的刀具磨损状态监测，基于声场信号的刀具磨损状态监测，基于振动信号的刀具磨损状态监测和基于机器视觉的刀具磨损状态监测。但由机械加工过程是一个不稳定的非线性过程，刀具磨损与刀具材料、被加工工件材料、加工条件等都有很大的关系。传统的传感器信号采集装置很难安装在被加工工件或者工作台上，并且相对的成本较高；而机器视觉的方法很难适用于复杂切削条件下的加工。因此，迫切需要研究出一种易安装、成本低、适用性强、准确度高的刀具磨损状态监测方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于摩擦起电原理的刀具磨损状态监测方法及系统，具有易安装、成本低、适用性强和准确度高的特点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于摩擦起电原理的刀具磨损状态监测方法，包括：

获取被监测刀具的电压信号；所述被监测刀具的电压信号包括传感设备采集的被监测刀具的电压波形图和被加工工件的电压波形图；所述传感设备包括波形生成器以及与所述波形生成器的输入端均连接的第一传感器、第二传感器；所述第一传感器安装在所述被监测刀具上，所述第二传感器安装在所述加工工件上，且所述第一传感器和所述第二传感器均为基于摩擦起电原理制造的传感器；所述被加工工件为用所述被监测刀具进行加工的工件；

基于所述被监测刀具的电压信号和刀具磨损状态确定神经网络模型，确定所述被监测刀具的磨损程度。

可选地，所述第一传感器和所述第二传感器均为纳米摩擦发电机传感器模块；其中，所述纳米摩擦发电机传感器模块至少包括一个纳米摩擦发电机传感器。

可选地，当所述纳米摩擦发电机传感器模块包括多个且结构相同的纳米摩擦发电机传感器时，多个所述纳米摩擦发电机传感器层叠排列；

所述纳米摩擦发电机传感器包括固定端和开合端，且相邻所述纳米摩擦发电机传感器的开合端的朝向相反。

可选地，所述纳米摩擦发电机传感器包括依次叠层设置的第一基底、第一电极层、第一摩擦层、第二摩擦层、第二电极层以及第二基底，且在微小振动下，所述第一摩擦层和所述第二摩擦层能够进行开合操作。

可选地，所述基于所述被监测刀具的电压信号和刀具磨损状态确定神经网络模型，确定所述被监测刀具的磨损程度，具体包括：

对所述被监测刀具的电压信号进行降噪预处理；

将降噪预处理后的监测刀具的电压信号输入到刀具磨损状态确定神经网络模型，以确定所述被监测刀具的磨损程度。