基于Elman神经网络的刀具磨损状态识别技术.pdf

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1、制造技术／工艺装备现代制造工程(ModernManufacturingEn西neering)2015年第12期基于Elm肌神经网络的刀具磨损状态识别技术+聂鹏，崔凯奇，何超(沈阳航空航天大学机电工程学院，沈阳110136)摘要：由于刀具磨损声发射信号的能量分布与刀具磨损状态密切相关，可以利用谐波小波包方法提取刀具磨损声发射信号的特征能量，对各频段能量做归一化处理，与切削三要素组成特征向量输入到Elman神经网络，通过神经网络判别刀具磨损状态。实验结果表明，刀具磨损产生的声发射信号频率主要集中在10Hz～130kHz之间，将谐波小

2、波包和El-man神经网络结合的方法可以有效地识别刀具磨损状态。关键词：刀具磨损；声发射信号；谐波小波包；神经网络中图分类号：TP206．3文献标志码：A文章编号：1671—3133(2015)12—0078珈5Stateidenti6cationtecllllologyoftoolwearbasedonElmanneuralnetworkNiePeng，CuiKaiqi，HeChao(SchoolofMechanicalandElectronicEngineering，ShenyangAemspaceUniVersity，Sh

3、enyangl10136，China)Ab!妇t：Becauseoftoolwearacousticemissionsignalener目distdbutionwascloselyrelatedtotoolwearstate．Usetheh删on·icwaveletpackettoextracttheAEsi印alcharacteristicener盱ofthet001wear．Theno硼alizeddataofenergyspectlllmandthethreeelementsofcuttingwereseenasElman

4、neuralnetworkinputvector．Thmu曲neuralne附orkdiscriminationt001wearstate．Theexperimentresultexpresst}lattlleacousticemissionsignalsoftoolweararemailIlyconcentratedinthefbquency0f10Hz～130kHz．rI’}lemethodoftoolwearbasedonhamlonicwaveletpacketandElmanneuralnetworkcaJleffec

5、tivelyrecognizethetoolwearstate．Keywords：toolwear；acousticemissionsigllal；h栅onicwavelet；neuralnetwork0引言刀具作为金属切削加工过程中的基础工艺设备，其状态的变化直接影响着工件的加工质量和生产成本，所以对刀具磨损状态进行实时监测具有重要的意义。与刀具磨损状态密切相关的声发射信号灵敏度高、响应速度快，非常适合作为反映刀具状态的特征¨引。由于不同的刀具磨损状态对应不同频率特性的声发射信号∞o，因此可以利用谐波小波包分解声发射信号并提取

6、各频段能量，将各频段能量与切削三要素组成特征向量输入到Elman神经网络，实现对刀具磨损状态的识别。1谐波小波包分解1．1谐波小波的概念谐波小波是剑桥大学的DavidE．Newland于1993+辽宁省重点实验室项目(Is20lOll7)78年提出的，它具有严格的盒行谱特性和优良的滤波特性HJ。谐波小波的表达式为：∞(f)=[e搏”一e丑卅]／(汜叮r￡)(1)式中：∞(f)为谐波小波函数；￡为时间；i√一1。根据小波理论，用掣￡一后(』，后∈z)(，为分解层数，I

7、}为平移尺度个数)代替式(1)中的￡，并进行伸缩、平移变换，就

8、得到了谐波小波函数族(￡J(2Jf一后)：D讲盯(2“一^)一p也丌(2n—t)∞(掣‘一后)2■磊两j广(2)谐波小波可以将信号既无遗漏、又不交叠地分解到不同频段，将谐波小波分解应用于刀具磨损状态识别中，有利于更好地提取刀具磨损特征信号。1．2谐波小波包分解谐波小波分解在各层的频段长度是确定的，所以不能根据工程要求去任意地缩短所要分析的频段，这聂鹏，等：基于Elman神经网络的刀具磨损状态识别技术2015年第12期使得很多时候不能满足细化分解的要求，给其使用带来一定的局限性，因此根据二进小波包分解的原理，引入了谐波小波包分解”

9、J。与二进小波包分解相似，在分解的第J层，将整个分析频段平均地分成27段，分析频带带宽占为：曰=^／2J(3)式中航为最高分解频率。设频带的上、下限分别为巩和n，则：rm=5B{，⋯s=o，l，⋯，型一1(4)ln=(s+1)B7’’、7式中：s为频段值，即频段