工程制图基础 博士课-制造过程中的状态监测与故障诊断学习资料

制造过程中的状态监测与故障诊断华中科技大学机械科学与工程学院一、内涵制造设备的状态监测与故障诊断

加工机床夹具量具、刃具制造过程的状态监测与故障诊断工艺过程工艺参数二、制造设备的状态监测与故障诊断

包含两方面的内容：设备功能的丧失数控系统机械零部件设备功能的劣化

传动精度降低振动增大磨损增大（量、刃具）

设备故障的主要方面现代制造设备与传统制造设备的差异现代制造设备零部件减少－－“简单化”速度提高－－“高速化”加工精度提高－－“精密化”传统制造设备复杂低速低精度设备的诊断－－依赖于制造企业自诊断远程诊断功能劣化－－依赖于用户自身在线监测实时补偿基于Internet/Intranet的远程诊断工作原理系统命令/数据流图

在线状态监测与故障诊断主轴部件的监测与诊断主轴支承系统主轴系统动平衡刀具磨破损监控BallDiameterdPitchDiameterD

支承系统的故障诊断轴承的特征频率计算是保持架的旋转频率是内圈相对于保持架的旋转频率是滚动体的自转频率是转轴的旋转频率N是滚动体数BallDiameterdPitchDiameterD

带通滤波希尔伯特变换包络检波重采样FFT现代制造设备的主轴主动动平衡需求：高速加工精密加工手段:设备自身的精度补偿技术主轴主动动平衡技术刀具磨破损监控切削力监测法声发射监测法电机功率（或电流）监测法振动监测法主轴转速波动监测法表面粗糙度法多传感器融合技术监测法铣削加工特点:多刃断续切削切削参量变化频繁空转、切入、平稳切削、切出切削扭矩变化引起主轴转速波动信号周期变化切削力、振动、功率等非平稳基于速度变化的刀具磨破损监控基于切削力变化的刀具磨破损监控现代信号处理技术的应用与发展时频分析技术短时傅里叶分析

Wigner-Ville分布小波分析

传感器信息融合技术非高斯信号处理高阶累积量对高斯噪声具有良好的抑制作用其它决定了小波的特性Laplace小波及其应用定义：令F,Z和T分别为：称作Laplace小波基函数库相关滤波法：内积可以度量信号之间的相关性基于高阶统计量的故障诊断方法Background:低信噪比非高斯信号定义:二、三、四阶矩分别定义为：

若x(n)为零均值随机过程，则其二、三、四阶累计量分别定义为：对于零均值高斯随机过程x(n),有如下性质:(k>=3)(若k为偶数)(若k为奇数)高阶累积量还有一个重要性质：两个统计独立随机过程之和的累积量等于这两个过程累积量之和理论上高阶累积量可以完全抑制噪声的影响(a)原始信号的二阶累积量(矩)(b)包络信号的二阶累积量(矩)(a)原始信号的三阶累积量(矩)(b)包络信号的三阶累积量(矩)(a)原始信号的四阶累积量(b)包络信号的四阶累积(a)原始信号的四阶矩(b)包络信号的四阶矩基于统计过程分析的监测与诊断问题的背景:汽车装配过程引起装配误差的主要原因工装、夹具等零件加工过程Background:Body-in-whiteLeftHandApertureZXY• Numberofsheetmetalparts: 150-250• Numberofassemblystations: 55-75• Numberoflocators(ToolingElements): 1700-2500Background:AssemblyProcess主分量分析(PrincipalComponentAnalysis)Background:y1y2Y是n×m测量矩阵,其中:n--测量点数m--变量个数对Y进行奇异值分解

是Y的协方差矩阵PLS--PartialLeastSquaresBackground:过程变量与产品质量的关系产品质量的控制----过程变量矩阵(n×m)----产品质量矩阵(n×k)=是X与Y的协方差矩阵若是的第一特征向量则是第一latent变量物理含义:X在

最大离散方向上的投影Multi-blockPLS当X很大时,X可被分成几块分别进行PLS分析MonitoringandDiagnosisofBatchProcesses

BackgroundZInitialconditionBatchesXTimeOn-linemeasurementYQualitymeasurementX--过程变量矩阵(I×J×K),其中:I--NumberofbatchJ--NumberofvariablesK--TimeintervalsthroughoutbatchY--产品质量矩阵(I×L),其中:L--NumberofqualityvariablesZ--其它初始条件等(I×M)将X由三维转化为二维XTimeOn-linemeasurementJ×KI历史过程数据分析以PCA和PLS为基础监测生产(工艺)过程的变化监测产品质量的变化产品质量与过程参数的关系生产(工艺)过程的诊断分析Faultdomain:Toolingelements(TE)ManifestationofasinglefaultGeometricalinterpretationofthefailingP2FaultDomain•18monthdiagnosticinvestigationwasconducted•52casestudieswith118rootcauseswereidentified

FORMULATIONOFTHEDIAGNOSTICPROBLEMFaultDomain轧制过程的钢板表面质量控制主要表面质量问题振纹主要原因颤振颤振的监测与识辨对振动的监测振纹的控制与消除消除颤振减小振动系统概述系统总通道数为：153路，其中：1）测力系统1路：扭矩