申请/专利权人：北京工业大学

申请日：2020-01-13

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN111259765B

主分类号：G06F18/24

分类号：G06F18/24;G06T7/277;G06F17/14;G06F17/13;G01M13/028

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2020.07.03#实质审查的生效;2020.06.09#公开

摘要：本发明公开了一种基于数控机床主轴电流信号的阶次分析方法，包括对采集到的数控机床主轴电流信号进行计算获得主轴转速；将和电流信号同步采集的振动信号和计算得到的转速信号通过改进的二代卡尔曼滤波阶次跟踪提取每一阶阶次分量；最后画出阶次‑时间‑幅值三维阶次谱图和阶次‑转速‑幅值三维阶次谱图；本发明针对现有的有转速计转速计算方法，对于不便于安装的场合和设备，提出了一种可以通过数控机床主轴电流信号计算转速然后做三维阶次谱图。该方法不需要获取转速脉冲信号，而且计算结果优于瞬时频率估计获取转速的方法；在三维阶次谱图中可以直观的看到故障特征阶次和特征阶次幅值随时间及转速的变化情况。

主权项：1.一种基于数控机床主轴电流信号的阶次分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，同步采集数控机床主轴电流和主轴振动的连续时域信号；S2，对步骤S1得到的主轴电流信号进行分段傅里叶级数拟合得到电流平滑时域信号；S3，对步骤S2得到的电流时域信号寻找过零点时刻，计算得到转速曲线；S4，对步骤S1和S3得到的振动和转速时域信号利用改进的二代卡尔曼滤波阶次跟踪方法重构每一阶次时域信号；S5，根据步骤3得到的阶次频率成分，进而得到主轴阶次-时间-幅值的三维阶次谱图和阶次-转速-幅值的三维阶次谱图；步骤S1包括有：在数控机床主轴上安装三向加速度传感器和霍尔电流传感器；通过所述传感器采集振动和电流的连续时域信号；步骤S2包括有：将采集到的电流信号每2倍电机极对数个周期分为一组；对分组后的电流信号采用四阶傅里叶级数拟合，获得平滑电流时域信号；步骤S3包括有：对于步骤S2得到的电流时域信号，寻找电流信号过零点的点，根据采样频率转化为主轴每转经过的时间点；根据主轴电机极对数得到相邻时间点主轴转过的角度，采用一阶数字微分计算转速；使用主轴电流周期平均平滑转速，使用数字平均减小误差；通过三次样条插值得到和振动信号相同点数的主轴转速曲线；步骤S4包括有：通过改进的二代卡尔曼滤波阶次跟踪，对振动信号和转速曲线重采样和低通滤波；每一千点做一次阶次跟踪，重构每一阶次时域信号；步骤S5包括有：设定好阶次分辨率和时间分辨率，每隔固定时间画一次阶次谱图，最后得到主轴阶次-时间-幅值的三维阶次谱图；设定阶次分辨率和转速分辨率，每隔固定转速画一次阶次谱图，最后得到主轴阶次-转速-幅值三维阶次谱图；改进的二代卡尔曼滤波阶次跟踪方法： 式中，akt表示阶次幅值的变化；θkt为载波，其离散形式表示为： 式中ωm为参考轴角频率，为角位移，k为跟踪阶次；二阶卡尔曼滤波器状态方程公式为：akn-2akn+1+akn+2＝εn式中εn为非一致项；观测方程为：yn＝aknθkn+ξnyn＝xnΘn+ξn式中yn为实测数据，ξn为非跟踪阶次和随机信号。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 北京工业大学 一种基于数控机床主轴电流信号的阶次分析方法

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