微铣削的实时诊断系统

    随着工业广泛使用微型元件，人们对于不同材料的微铣削质量也越来越关注。微铣削的实时诊断系统可以进行刀具状况监控，并提升金属元件的生产质量。监控系统保证了准确性和质量，更为重要的是保证了微铣削过程的稳定性。
    选择合适的信号，提供过程状况的最佳信息，这一点很重要。加速计因为其可用性和易用性而成为通常的最佳选择。安装在微铣削机床关键区域的传感器可以保证加速信号处理算法能够创建关于过程的可靠有用信息。
    测量微铣削过程的切力也很重要。因为微铣削的特性，切力的幅度可能非常低（<1牛顿），非常难以测量。与振动信息类似，切力信息对于诊断也是非常有帮助的。

图1 给出了微铣削的实时诊断系统。

    选择合适的测量系统，是诊断系统开发中的重要问题。微铣削的实时诊断系统是基于国家仪器公司的硬件和软件开发出来的：带有动态信号获取功能的cRIO-9022 PAC控制器可以测量来自集成电子压电（IEPE）加速计的信号。控制器包括一个可配置现场可编程门阵列（FPGA）底盘，它可以收集最高达到51.2kHz的模拟信号。数据经过过滤，然后经过实时处理，可以保证监控算法的确定和稳定。根据需求，获取的数据可以写到设备硬驱动上面，或者在计算机屏幕的用户界面上显示。这个系统可以与微铣削机床的驱动控制进行通讯。

图2 比较了工具在全新状态（左侧）和磨损状态（右侧）的表面情况。

    因为使用测量设备的灵活性，开发的监控系统尤其适合微铣削过程。FPGA模块和LabVIEW实时系统可以允许开发确定性数据获取和数据加工算法。和其他技术一样，运动控制使用Aerotech线形纳米模块（运动解析度为250纳米），微小力的测量则是基于Kistler测力计，而PCB压电设备则被用来测量加速度。
    诊断程序的主要一个假设是使用FFT算法处理收集的信号。检测信号基于电主轴的旋转速度，据此可以观测到所有三个轴的加速度和切力。如果附加频率邻近激活频率，监控算法立刻就会通过用户界面通知操作员，向微铣削机床驱动控制器发送合适的提醒。

图3 比较了使用全新工具（上图）和 磨损工具（下图）的铣削制造中收集 的数据。图片来源：波兰西波莫瑞工 业大学和CONTROL ENGINEERING Poland

    在微铣削操作过程中，设备的硬驱动会存储数据，分析所有的诊断信号差异。如果必要的话，还会采用一种新的算法，测量各种信号。因为具备尺寸小、设计坚固等优势控制工程网版权所有，这些设备可以在很多场合使用。
    为了要检测微铣削的实时诊断系统，人们准备了一系列实验。
    针对微铣削开发的实时诊断系统适用于任何需要高精度和高质量的场合。因为它采用模块化的设计，系统可以根据不同的情况快速重新配置。系统的小尺寸和坚固性也帮助它应用在很多场合。直观的用户界面可以适应操作员的需要，为工业应用中的微铣削部署实时诊断系统可以节约时间和资金。