Виброакустическое исследование токарного станка

На втором выезде сравнивались два близких положения револьверной головы: X=0,04 мм и X=0,10 мм. Разница между сериями составляла всего 0,06 мм. Всего было 48 производственных записей, из них 45 вошли в строгий анализ контактных участков.

Для каждой сопоставимой операции мы считали отношение признака при X=0,10 мм к значению при X=0,04 мм. Значение 1,00x означает отсутствие изменения, 1,20x - рост на 20%, 0,80x - снижение на 20%.

Интегральный RMS на контакте менялся не всегда достаточно сильно, зато частотные полосы показали более интересную картину. Вибрационный признак нужно привязывать к конкретной операции и частотной зоне.

На тепловой карте видно, что одна и та же частотная полоса может вести себя по-разному на разных инструментах. Например, диапазон 500-1000 Гц в части операций растёт, а в других снижается или почти не меняется. Это важный результат: универсальный порог по всему станку был бы ненадёжным.

Поэтому дальше мы оценивали не только величину изменения, но и повторяемость внутри каждого уровня X. Если изменение между средними меньше естественного разброса повторов, такой признак не годится для промышленного контроля, даже если цвет ячейки выглядит заметным.

После обзора широких полос мы перешли к полосам шириной 100 Гц, потому что крупные диапазоны смешивали полезные узкие частоты с соседним шумом.

Для каждой полосы проверялись четыре вещи: достаточный уровень сигнала, изменение между X=0,04 мм и X=0,10 мм, разброс повторов внутри каждого уровня и запас изменения над этим разбросом.

По данным второго выезда строгий фильтр дал 11 кандидатных полос. Несколько раз проявилась зона 1700-1800 Гц: для D01/T08 изменение составило около +42%, для D02/T03 в той же полосе было около -44%.

Кандидатная полоса не объявлялась готовым датчиком сама по себе. Мы рассматривали её как рабочую частотную зону, которую нужно проверять на следующем выезде, на большем числе повторов и в привязке к конкретной операции обработки.

Такой отбор полезен для промышленной разработки: вместо поиска “одной магической частоты” формируется набор частотных зон, у каждой из которых известны операция, направление изменения, разброс повторов и запас над этим разбросом.

Широкие полосы на третьем выезде использовались как обзорный слой: они помогают увидеть направление изменений, но не дают готового диагностического правила.

Тепловая карта показывает отношение RMS при Z=0,140 мм к исходному уровню Z=0,015 мм по операциям и частотным диапазонам. Разные операции реагируют по-разному: в одних полосах энергия снижается, в других растёт, а в третьих остаётся близкой к исходной.

Поэтому дальше мы снова перешли к узким полосам 100 Гц и строгой проверке повторяемости. Широкая карта осталась как объясняющий слой, а не как критерий.

Даже на обзорной карте видно, что чувствительность распределена неравномерно. У части операций сильнее меняются низкие диапазоны 80-500 Гц, у других заметнее реагируют зоны выше 1000 Гц. Это подтверждает, что один общий показатель по всей вибрации не описывает поведение станка достаточно точно.

Для инженерного вывода важна не только яркая ячейка, но и причина её появления. Мы проверяли, не является ли изменение следствием другой длительности контакта, случайного разброса проходов или особенности конкретной операции, которая не повторится в следующем цикле.

Именно поэтому широкие полосы использовались как навигация по данным: они показывали, где искать, но окончательное решение принималось только после узкополосного анализа и проверки повторов.

Самый строгий трёхточечный фильтр прошла одна частотная полоса: операция O04 D01/T06, диапазон 2700-2800 Гц.

Средние значения по этой полосе снижались по уровням Z: примерно 26,6 -> 20,9 -> 15,4 mg. Изменение между крайними уровнями составило около -42%, худший разброс повторов - около 23%, запас над разбросом - около +19%, коэффициент R2 - около 0,93.

Дополнительно было найдено 23 парных кандидата, где изменение между двумя уровнями Z превышало разброс повторов. Без трёхточечной монотонности они считаются диагностическими подсказками, а не готовым критерием.

Такое разделение было принципиальным. Строгий кандидат показывает частоту, где есть последовательная трёхточечная зависимость. Парные кандидаты показывают перспективные зоны, но требуют дополнительной проверки, потому что между соседними уровнями они могут вести себя убедительно, а по всей тройке - немонотонно.

В результате мы получили не рекламный список “подходящих частот”, а ранжированный набор гипотез: что уже выдержало строгий фильтр, что можно использовать как подсказку, а что нужно исключать из-за нестабильных повторов.