CN113805533B - 一种数控机床主轴功率信号的处理方法、装置及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明属于数控机床加工技术领域，提供了一种数控机床主轴功率信号的处理方法、装置及电子设备。该处理方法包括以下步骤：S1：获取若干组数控机床加工时的主轴功率信号；S2：根据预设的最大采样偏差Y，对获取的若干组主轴功率信号分别进行限幅滤波处理；S3：对限幅滤波处理后的若干组主轴功率信号进行算术平均滤波处理；S4：输出算术平均滤波处理后的主轴功率信号。该处理方法能有效排除数控机床主轴功率信号中的周期性干扰和随机性干扰，提高数控机床主轴功率信号的准确性和可靠性。

Description

一种数控机床主轴功率信号的处理方法、装置及电子设备
技术领域
本发明涉及数控机床加工技术领域，具体涉及一种数控机床主轴功率信号的处理方法、装置及电子设备。
背景技术
机床主轴功率信号是机床主轴电机带动刀具切削工件时，单位时间内所做的功，可由瞬时电流和瞬时电压相乘获得。获取精准的机床主轴功率信号对机床能耗分析具有重大意义。
目前在机床运行过程中，由于电机鼠笼条断裂、电机负载频繁波动、电机引线接触不良和电流检测回路接触不良等现象会使电流和电压发生波动，因此机床主轴功率信号也会随电流电压波动而频繁波动；同时机床振动会影响切削力发生变化，继而造成主轴功率信号充满干扰。另外相较于金属和复合材料而言，由于木质材料具有多孔性、各向异性、湿胀干缩性的特点，刀具切削木质材料是一种不均匀切削，即木质材料特点和材料缺陷(节子，腐烂等)会干扰切削功率。综上所述，机床主轴功率信号包含着电流电压波动的周期性干扰，也包含着机床振动的随机性干扰，从而难以获得精准的机床主轴功率来进行机床能耗分析。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种数控机床主轴功率信号的处理方法、装置及电子设备，用以解决数控机床主轴功率信号干扰性强的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种数控机床主轴功率信号的处理方法，包括以下步骤：
S1：获取若干组数控机床加工时的主轴功率信号；
S2：根据预设的最大采样偏差Y，对获取的若干组所述主轴功率信号分别进行限幅滤波处理；
S3：对限幅滤波处理后的若干组所述主轴功率信号进行算术平均滤波处理；
S4：输出算术平均滤波处理后的所述主轴功率信号。
上述实施例的有益效果在于：通过限幅滤波法对所采集的数控机床原始主轴功率信号进行滤波，处理功率信号中由于电流电压波动引起的周期性干扰；通过算术平均滤波法对使用限幅滤波法处理之后的原始主轴功率信号进行滤波，处理功率信号中由于机床振动引起的随机干扰，从而尽可能排除数控机床主轴功率信号中的干扰，获取更精准的数控机床主轴功率。
根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述步骤S1具体为：
预先将功率传感器一端接入数控机床主轴电机输出端，通过所述功率传感器按相同时间间隔采集若干组数控机床加工时的主轴功率信号，所述主轴功率信号包括若干个主轴功率数据。
根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述步骤S2中所述限幅滤波处理过程具体为：
依次判断同组所述主轴功率信号的相邻两个所述主轴功率数据An和An+1之间的差值，若|An-An+1|≤Y，则An和An+1保持不变，若|An-An+1|>Y，则An＝An+1＝(An+An+1)/2。
上述实施例的有益效果在于：限幅滤波是设置一个合适的最大采样偏差Y，然后当采样点的幅值相对于前一个采样点和后一个采样点增大或减小的值超过该最大采样偏差Y时，则认为该点为脉冲点，并使用其前后两个采样点的平均值作为本次滤波的结果；限幅滤波对随机干扰或采样器不稳定引起的失真有良好的滤波效果；通过限幅滤波法对所采集的数控机床原始主轴功率信号进行滤波，处理功率信号中由于电流电压波动引起的周期性干扰。
根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述步骤S2中所述预设的最大采样偏差Y的设置方式如下：
在相同加工环境条件下，预先获取若干组数控机床加工时的主轴功率信号作为试验功率信号；
设置n个最大采样偏差Y1、……、Yn，对每组所述试验功率信号分别选择Y1、……、Yn作为最大采样偏差进行限幅滤波处理；
对所有经限幅滤波处理后的所述试验功率信号进行方差计算；
选取方差最小的经限幅滤波处理后的所述试验功率信号，将其对应的最大采样偏差Ymin作为所述预设的最大采样偏差Y。
上述实施例的有益效果在于：设置最大采样偏差Y时的限幅滤波处理方式与上述步骤S2中一致。通过方差比较来选择设置最大采样偏差，从而保证限幅滤波法效果达到最优；若加工环境相同，则只需要在处理第一组原始主轴功率信号时对最大采样偏差Y进行设置，节约处理时间，提高处理效率；若加工环境不同，则需要对最大采样偏差Y进行重新设置，从而保证限幅滤波法效果达到最优，同时使得本处理方法可以适用于不同加工环境。
根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述加工环境包括数控机床型号、刀具参数、加工材料。数控机床型号、刀具参数、加工材料任一发生改变即认为加工环境发生变化。
根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述步骤S3具体为：
将若干组经限幅滤波处理后的所述主轴功率信号的所述主轴功率数据按采集时间进行排序；
对若干组所述主轴功率数据中同一采集时间的数据进行算术平均，获得一组所述主轴功率数据。
根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述步骤S4具体为：获取经算术平均后的该组所述主轴功率数据，并将其作为经算术平均滤波处理后的所述主轴功率信号输出。
第二方面，本发明实施例提供了一种数控机床主轴功率信号的处理装置，包括：
获取模块，所述获取模块用以获取若干组数控机床加工时的主轴功率信号；
限幅滤波模块，所述限幅滤波模块用以根据预设的最大采样偏差Y，对获取的若干组所述主轴功率信号分别进行限幅滤波处理；
算术平均滤波模块，所述算术平均滤波模块用以对限幅滤波处理后的若干组所述主轴功率信号进行算术平均滤波处理；
输出模块，所述输出模块用以输出算术平均滤波处理后的所述主轴功率信号。
第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括：
至少一个处理器；以及，
与该至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
该存储器存储有可被该至少一个处理器执行的指令，该指令被该至少一个处理器执行，以使该至少一个处理器能够执行前述任第一方面或第一方面的任一实现方式中的处理方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使该计算机执行前述第一方面或第一方面的任一实现方式中的处理方法。
本发明实施例提供的一种数控机床主轴功率信号的处理方法、装置及电子设备及非暂态计算机可读存储介质，为用户提供一种能有效去除机床主轴功率信号中的周期性干扰和随机性干扰的解决方法。本发明的实施例至少具有如下技术效果：
第一、通过限幅滤波处理主轴功率信号中由于电流电压波动引起的周期性干扰，通过算术平均滤波处理主轴功率信号中由于机床振动引起的随机干扰，从而有效排除数控机床主轴功率信号中的周期性干扰和随机性干扰，提高数控机床主轴功率信号的准确性和可靠性。
第二、通过方差比较来选择设置最大采样偏差，从而保证限幅滤波法效果达到最优；若加工环境相同，仅加工参数不同则只需要在处理第一组原始主轴功率信号时对最大采样偏差Y进行设置，节约处理时间，提高处理效率；若加工环境不同，则需要对最大采样偏差Y进行重新设置，从而保证限幅滤波法效果达到最优，同时使得本处理方法可以适用于不同加工环境。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1示出了本发明实施例所提供的一种数控机床主轴功率信号的处理方法的流程图；
图2示出了本发明实施例所提供的一种数控机床主轴功率信号的处理装置的结构框图；
图3示出了本发明实施例所提供的一种数控机床主轴功率信号的处理电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
图1为本发明实施例提供的一种数控机床主轴功率信号的处理方法的步骤流程图，参见图1，该方法包括以下步骤：
S1：获取若干组数控机床加工时的主轴功率信号。
具体为：预先将功率传感器一端接入数控机床主轴电机输出端，通过功率传感器按相同时间间隔采集若干组数控机床加工时的主轴功率信号，主轴功率信号包括若干个主轴功率数据。采集时间从刀具切入工件开始计时，离开工件则计时结束。
S2：根据预设的最大采样偏差Y，对获取的若干组主轴功率信号分别进行限幅滤波处理。
其中，限幅滤波处理过程具体为：
依次判断同组主轴功率信号的相邻两个主轴功率数据An和An+1之间的差值，若|An-An+1|≤Y，则An和An+1保持不变，若|An-An+1|>Y，则An＝An+1＝(An+An+1)/2。
其中，预设的最大采样偏差Y的设置方式如下：
在相同加工环境条件下，预先获取若干组数控机床加工时的主轴功率信号作为试验功率信号；
设置n个最大采样偏差Y1、……、Yn，对每组试验功率信号分别依次选择Y1、……、Yn作为最大采样偏差进行限幅滤波处理；
对所有经限幅滤波处理后的试验功率信号进行方差计算；
选取方差最小的经限幅滤波处理后的试验功率信号，将其对应的最大采样偏差Ymin作为预设的最大采样偏差Y。
另外需要说明的是：加工环境包括数控机床型号、刀具参数、加工材料。刀具参数包括刀具前角、刀具前角和刀具直径。数控机床型号、刀具参数、加工材料任一发生改变即认为加工环境发生变化。需要指出的是：加工环境不包括机床加工参数，而加工参数包括主轴转速、切削深度和进给速度。
S3：对限幅滤波处理后的若干组主轴功率信号进行算术平均滤波处理。
将若干组经限幅滤波处理后的主轴功率信号的主轴功率数据按采集时间进行排序；
对若干组主轴功率数据中同一采集时间的数据进行算术平均，获得一组主轴功率数据。
S4：输出算术平均滤波处理后的主轴功率信号。
获取经算术平均后的该组主轴功率数据，并将其作为经算术平均滤波处理后的主轴功率信号输出，用于后续机床能耗分析。
实施例：
预先设置最大采样偏差Y：将功率传感器WT800一端接入数控机床主轴电机输出端，此时机床加工参数为：主轴转速6000r/min、切削深度0.5mm、进给速度5m/min，重复采集3组数控机床加工时的主轴功率信号，如表1所示：
表1
设置0.1、0.3、0.5作为最大采样偏差，并对表1中采集的原始主轴功率信号进行限幅滤波处理。
对所有经限幅滤波处理后的试验功率信号进行方差计算，结果如表2所示。
表2
由此可见，方差最小的对应最大采样偏差为0.1，则将最大采样偏差Y设置为0.1。
S1：将功率传感器一端接入数控机床主轴电机输出端，在与预设最大采样偏差Y时相同加工环境下，设定了不同的加工参数，即主轴转速为6000r/min、切削深度为1.0mm和进给速度为5m/min，通过功率传感器按相同时间间隔重复采集3组数控机床加工时的主轴功率信号，如表3所示。
表3
S2：预设的最大采样偏差Y为0.1，对获取的如表1所示的3组主轴功率信号分别进行限幅滤波处理，处理方式如下：依次判断同组主轴功率信号的相邻两个主轴功率数据An和An+1之间的差值，若|An-An+1|≤Y，则An和An+1保持不变，若|An-An+1|>Y，则An＝An+1＝(An+An+1)/2。处理后的结果如表4所示。
表4
S3：对限幅滤波处理后的若干组主轴功率信号进行算术平均滤波处理。处理方式如下：
将若干组经限幅滤波处理后的主轴功率信号的主轴功率数据按采集时间进行排序；
对若干组主轴功率数据中同一采集时间的数据进行算术平均，获得一组主轴功率数据，如表5所示。
表5
S4：获取经算术平均后的该组主轴功率数据，即表5，并将其作为经算术平均滤波处理后的主轴功率信号输出，用于后续机床能耗分析。
另外，将S1中采集的3组主轴功率信号和S4输出的主轴功率新分别进行方差计算，结果如表6所示。
表6
可以看出：3组原始主轴功率信号的方差分别为：0.486、1.275和1.727，平均方差为1.163；经过本发明一种数控机床主轴功率信号的处理方法处理后的主轴功率信号的方差为0.145，而方差越低代表信号本身越平滑，即更能反映精准的主轴功率信号。由此可见，本处理方法滤波效果较优，能有效去除机床主轴功率信号中的周期性干扰和随机性干扰，提高数控机床主轴功率信号的准确性和可靠性。
图2为一种本发明实施例提供的一种数控机床主轴功率信号的处理装置的结构框图，该装置包括：
获取模块，所述获取模块用以获取若干组数控机床加工时的主轴功率信号；
限幅滤波模块，所述限幅滤波模块用以根据预设的最大采样偏差Y，对获取的若干组所述主轴功率信号分别进行限幅滤波处理；
算术平均滤波模块，所述算术平均滤波模块用以对限幅滤波处理后的若干组所述主轴功率信号进行算术平均滤波处理；
输出模块，所述输出模块用以输出算术平均滤波处理后的所述主轴功率信号。
图2实施例中各模块的功能与其对应的方法实施例中的内容相对应，在此不再赘述。
图3示出了本发明实施例提供的电子设备30的结构示意图，电子设备30包括至少一个处理器301(例如CPU)，至少一个输入输出接口304，存储器302，和至少一个通信总线303，用于实现这些部件之间的连接通信。至少一个处理器301用于执行存储器302中存储的计算机指令，以使所述至少一个处理器301能够执行前述任一处理方法的实施例。存储器302为非暂态存储器(non-transitory memory)，其可以包含易失性存储器，例如高速随机存取存储器(RAM：Random Access Memory)，也可以包括非易失性存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个输入输出接口304(可以是有线或者无线通信接口)实现与至少一个其他设备或单元之间的通信连接。
在一些实施方式中，存储器302存储了程序3021，处理器301执行程序3021，用于执行前述任一分表方法实施例中的内容。
该电子设备可以以多种形式存在，包括但不限于：
(1)移动通信设备：这类设备的特点是具备移动通信功能，并且以提供话音、数据通信为主要目标。这类终端包括：智能手机(例如iPhone)、多媒体手机、功能性手机，以及低端手机等。
(2)超移动个人计算机设备：这类设备属于个人计算机的范畴，有计算和处理功能，一般也具备移动上网特性。这类终端包括：PDA、MID和UMPC设备等，例如iPad。
(3)便携式娱乐设备：这类设备可以显示和播放多媒体内容。该类设备包括：音频、视频播放器(例如iPod)，掌上游戏机，电子书，以及智能玩具和便携式车载导航设备。
(4)特定服务器：提供计算服务的设备，服务器的构成包括处理器、硬盘、内存、系统总线等，服务器和通用的计算机架构类似，但是由于需要提供高可靠的服务，因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。
(5)其他具有数据交互功能的电子设备。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种数控机床主轴功率信号的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取若干组数控机床加工时的主轴功率信号，具体为：
预先将功率传感器一端接入数控机床主轴电机输出端，通过所述功率传感器按相同时间间隔采集若干组数控机床加工时的主轴功率信号，所述主轴功率信号包括若干个主轴功率数据；
S2：根据预设的最大采样偏差Y，对获取的若干组所述主轴功率信号分别进行限幅滤波处理，具体为：依次判断同组所述主轴功率信号的相邻两个所述主轴功率数据An和An+1之间的差值，若 ，则An和An+1保持不变，若 />，则/>，其中，所述预设的最大采样偏差Y的设置方式如下：
在相同加工环境条件下，预先获取若干组数控机床加工时的主轴功率信号作为试验功率信号；
设置n个最大采样偏差Y1、……、Yn，对每组所述试验功率信号分别选择Y1、……、Yn作为最大采样偏差进行限幅滤波处理；
对所有经限幅滤波处理后的所述试验功率信号进行方差计算；
选取方差最小的经限幅滤波处理后的所述试验功率信号，将其对应的最大采样偏差Ymin作为所述预设的最大采样偏差Y；
S3：对限幅滤波处理后的若干组所述主轴功率信号进行算术平均滤波处理，具体为：将若干组经限幅滤波处理后的所述主轴功率信号的所述主轴功率数据按采集时间进行排序；对若干组所述主轴功率数据中同一采集时间的数据进行算术平均，获得一组所述主轴功率数据；
S4：输出算术平均滤波处理后的所述主轴功率信号，具体为：获取经算术平均后的该组所述主轴功率数据，并将其作为经算术平均滤波处理后的所述主轴功率信号输出。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述加工环境包括数控机床型号、刀具参数、加工材料。
3.一种数控机床主轴功率信号的处理装置，用以实现如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，包括：
获取模块，所述获取模块用以获取若干组数控机床加工时的主轴功率信号；
限幅滤波模块，所述限幅滤波模块用以根据预设的最大采样偏差Y，对获取的若干组所述主轴功率信号分别进行限幅滤波处理，具体为：依次判断同组所述主轴功率信号的相邻两个所述主轴功率数据An和An+1之间的差值，若 ，则An和An+1保持不变，若 />，则/>；
算术平均滤波模块，所述算术平均滤波模块用以对限幅滤波处理后的若干组所述主轴功率信号进行算术平均滤波处理，具体为：将若干组经限幅滤波处理后的所述主轴功率信号的所述主轴功率数据按采集时间进行排序；对若干组所述主轴功率数据中同一采集时间的数据进行算术平均，获得一组所述主轴功率数据；
输出模块，所述输出模块用以输出算术平均滤波处理后的所述主轴功率信号。
4.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-2任一所述的处理方法。
5.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使该计算机执行权利要求1-2任一所述的处理方法。
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