机床设备安装一致性定量评价方法

本发明涉及设备诊断，尤其涉及一种机床设备安装一致性定量评价方法。

背景技术：

1、复杂机械系统的性能可靠性由设计、制造和装配三个环节共同保证完成，机械系统的装配是完成复杂系统制造的最后一个环节，也是保证产品质量最重要的一个环节，装配的质量以及一致性直接决定了机械结构的最终性能。对于机床设备这一复杂机械系统而言，装配过程愈加复杂，人为因素影响大且难以定量评价、装配质量和一致性难以保障。因此，对机床设备的装配质量进行定量分析，保障系统的安装一致性，提升维修效率具有重要的研究意义。

2、但是由于受到实验和分析技术、统计分析和验证技术的局限，对机床设备安装一致性进行全面的定量评价仍然是十分困难的。亟待解决下列三个方面的技术问题：

3、(a) 机床设备安装一致性评价指标的选择；安装尺寸精度由于其具有直观性好、测试简单、测试精度高的特点，往往被作为机床设备安装一致性评价指标。但是在实际使用过程中，针对复杂机械系统而言，单一的几何精度往往不能有效的反馈机械结构之间的质量分布、连接和边界约束状况的变化，因此，需要更为有效的安装一致性评价指标，能够有效的评价机床设备这一复杂机械系统的安装一致性。

4、(b) 高效的测试方案和测试技术；由于机械结构复杂的影响，常规的测试方法(如锤击法)不能有效的对复杂机械系统进行整体的动力学模式识别。贝叶斯运行模态法(boma)由于其实验过程简单、操作性强、容错性好、实验过程时间短；能够对实验结果进行可靠性评价，具有高效和高精度，被广泛应用于大型机械结构的动力学模式识别中。该方法是将模态识别看作一个概率推断问题，对于给定的系统模型和测试数据，使用概率来衡量结果的相关可行性。

5、(c) 小样本测试数据的可靠性评价技术；在实际应用过程中，不可避免的存在机床设备安装一致性定量评价时数据样本不足的问题，需要通过引入数据融合技术在充分利用验前数据的基础上来扩充样本量，建立系统安装一致性分析模型，得到机床设备安装一致性评价指标概率分布密度，以及相应的置信区间，实现机床设备安装一致性的定量评价。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种机床设备安装一致性定量评价方法，本方法将动力学测试与机床设备安装一致性评价联系起来，利用机床模式识别结果，分离出机床关键功能部件安装后的敏感固有频率，以分离后的敏感固有频率作为机床安装一致性评价指标，通过建立关键装配工序质量与连接状态、结构边界条件、物理特性参数的关系，利用小样本分析技术，实现复杂机床设备安装一致性的检测和评价。

2、为解决上述技术问题，本发明机床设备安装一致性定量评价方法包括如下步骤：

3、步骤一、对机床重要功能部件的安装过程进行划分，确定需要进行安装一致性评价的关键功能部件；

4、步骤二、确定机床每步安装中各关键功能部件的安装结合面，采用加速度传感器和多通道加速度同步数据采集系统在随机振动激励环境下进行整机动力学测试，获得测试系统的加速度以及相应的功率谱特性；通过贝叶斯运行模态法，获得机床各关键功能部件正常安装状态的动力学模态特性参数，包括固有频率以及相对应的三维振型；

5、步骤三、按三维振型结果建立关键功能部件安装与监控固有频率之间的对应关系，确定对各关键功能部件安装影响的敏感固有频率，提取该敏感固有频率为关键动力学特性参数，形成安装一致性评价指标；

6、步骤四、对多台机床的安装过程进行数据采集、分析，形成该机床安装一致性评价指标样本数据；

7、步骤五、采用改进bootstrap方法扩充机床安装一致性评价指标样本数据；

8、步骤六、针对扩充后的机床安装一致性评价指标样本数据，采用贝叶斯小样本估计方法综合先验样本数据和当前样本数据，得到该关键功能部件安装的概率分布特性；

9、步骤七、采用3西格玛准则对机床的安装敏感固有频率进行定量的评价，获得各关键功能部件结合面改变的情况下，其对应的敏感固有频率需满足3西格玛准则的置信区间。

10、进一步，所述步骤二中，采用加速度传感器和多通道同步数据采集系统在随机振动激励环境下进行整机动力学测试的采样频率不少于8000hz，采样时长不少于30s。

11、进一步，所述步骤四中，机床安装一致性评价指标样本数据不少于10台机床的测试结果，后续的测试样本能自动累加更新。

12、进一步，所述步骤五中，采用改进bootstrap方法扩充机床安装一致性评价指标样本数据，扩充次数不少于1000次。

13、由于本发明机床设备安装一致性定量评价方法采用了上述技术方案，其本质是将动力学测试与机床设备安装一致性评价联系起来。利用模式识别结果，分离出机床关键功能部件安装后的敏感固有频率，以此分离后的敏感固有频率作为机床安装一致性评价指标。该指标的数值变化与安装的条件(刚度)、质量分布的改变密切相关。同时考虑到机床的生产是一个小批量的过程，安装样本数据相对比较少。运用传统的估计方法难以得到满意的结果，在本项发明中，首先采用改进bootstrap方法扩充分析样本数据，运用贝叶斯小样本估计法综合当前样本信息和先验信息，提高机床设备安装一致性定量评价的效率和可靠性，获得机床关键功能部件安装的概率密度函数，满足3西格玛准则的置信区间，最终实现机床安装一致性定量评价。

技术特征：

1.一种机床设备安装一致性定量评价方法，其特征在于本方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的机床设备安装一致性定量评价方法，其特征在于：所述步骤二中，采用加速度传感器和多通道同步数据采集系统在随机振动激励环境下进行整机动力学测试的采样频率不少于8000hz，采样时长不少于30s。

3.根据权利要求1所述的机床设备安装一致性定量评价方法，其特征在于：所述步骤四中，机床安装一致性评价指标初始样本数据不少于10台机床的测试结果，后续的测试样本能自动累加更新。

4.根据权利要求1所述的机床设备安装一致性定量评价方法，其特征在于：所述步骤五中，采用改进bootstrap方法扩充机床安装一致性评价指标样本数据，扩充次数不少于1000次。

技术总结
本发明公开了一种机床设备安装一致性定量评价方法，本方法将动力学测试与机床设备安装一致性评价联系起来，利用模式识别结果，分离出机床关键功能部件安装后的敏感固有频率，以此分离后的敏感固有频率作为机床安装一致性评价指标，该指标的数值变化与安装的条件(刚度)、质量分布的改变密切相关；考虑机床生产的小批量过程，安装样本数据相对较少，运用传统的估计方法难以得到满意的结果，因此采用改进Bootstrap方法扩充分析样本数据，运用贝叶斯小样本估计法综合当前样本信息和先验信息，提高机床设备安装一致性定量评价的效率和可靠性，获得机床关键功能部件安装的概率密度函数，满足3西格玛准则的置信区间，最终实现机床安装一致性定量评价。

技术研发人员：胡育佳,温激鸿,李郝林,尹剑飞,黄元辰,温辉
受保护的技术使用者：上海理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12