تلفیق حسگرها در سامانه پایش وضعیت ابزار با استفاده از سیستم استنتاج عصبی- فازی تطبیقی بهینه‌شده

نویسندگان

1 عضو هیات علمی دانشگاه فنی و مهندسی بوئین زهرا

2 دانسگاه آزاد تهران شرق

3 دانشگاه بیرجند

چکیده

در حال حاضر بیشتر سیستم­های پایش وضعیت سایش ابزار براده­ برداری مبتنی بر مقادیر مشخصه­هایی از سیگنال که مرتبط با سایش ابزار هستند می­باشند. ارزیابی وضعیت ابزار بر­اساس مشخصه­های سیگنال یک حسگر قابل اطمینان نمی­باشد زیرا مشخصه به­دست آمده از سیگنال یک حسگر علاوه بر سایش ابزار به سایر عوامل غیر مرتبط با سایش ابزار مانند پارامترهای فرآیند و اغتشاشات تصادفی نیز وابسته است. راه حل این مساله، تلفیق داده­های چند حسگر غیر­متجانس می­باشد. اطلاعات به­دست­آمده از این روش کامل­تر و دارای دقت و قابلیت اطمینان­ بالاتری است. در این تحقیق، ترکیب حسگرهای بینایی، جریان، کرنش و ارتعاشات به­منظور پیش­بینی وضعیت سایش سطح آزاد ابزار پیشنهاد شده است. مدل سیستم استنتاج عصبی فازی تطبیقی (ANFIS) بهینه شده جهت تلفیق مشخصه­های سیگنال بافت سطح، جریان موتور، کرنش و ارتعاشات توسعه شده است. ساختار مدل ANFIS پیشنهادی دارای چهار ورودی و یک خروجی می­باشد. ورودی­های مدل شامل بی نظمی بافت سطح قطعه­کار (که توسط تبدیل موجک فیلتر شده)، انتگرال حاشیه­ای زمان فرکانس سیگنال جریان موتور اسپیندل و بی نظمی شانون سیگنال­های کرنش و ارتعاشات ابزار می­باشد. نتایج به­دست­آمده نشان داد با استفاده از مدل ANFIS بهینه شده می­توان مشخصه­های سیگنال­ها را تلفیق و با دقت بالایی در پیش­بینی وضعیت ابزار استفاده نمود.

کلیدواژه‌ها


  1. Duro, J. A., Padget, J. A., Bowen, C. R., Kim, H. A., and Nassehi, A. “Multi-Sensor Data Fusion Framework for CNC Machining Monitoring”, Mechanical Systems and Signal Processing , Vol. 66-67,  pp. 505–520, 2016.##
  2. Nouri, M.,  Fussell, B. K., Ziniti, B. L., and Linder, E. “Real-Time Tool Wear Monitoring in Milling Using a Cutting Condition Independent Method”, International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 89, PP. 1–13, 2015.##
  3. Teti, R., Jemielniak, K., and Dornfeld, G. O. D. “Advanced Monitoring of Machining Operations”, CIRP Annals - Manufacturing Technology, Vol. 59, pp. 717–739, 2010.##
  4. Dutta, S., Pal, S.K., Mukhopadhyay S., and Sen, R. “Application of Digital Image Processing in Tool Condition Monitoring: A review”, CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology, Vol. 6, pp. 212–232, 2013.##
  5. Jaramillo,V. H., Ottewill, J. R., Dudek, R., Lepiarczyk, D., and Pawlik, P. “Condition Monitoring of Distributed Systems Using Two-Stage Bayesian Inference Data Fusion”, Vol. 87, pp. 91–110, 2017.##
  6. Asibu, E. K., Yum, J., and Kim, T. H. “Monitoring Tool Wear Using Classifier Fusion”, Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 85, pp. 651–661, 2017.##
  7. Abdulshahed, A. M., Longstaff, A. P. and Fletcher, S. “The Application of ANFIS Prediction Models for Thermal Error Compensation on CNC Machine Tools”, Applied Soft Computing, Vol. 27, pp. 158–168, 2015.##
  8. Beruvides, G., Castaño, F., Quiza, R., and  Haber, R. E. “Surface Roughness Modeling and Optimization of Tungsten–Copper Alloys in Micro-Milling Processes”, Measurement, Vol. 86, pp. 246–252, 2016.##
  9. Jovi´c, S., Arsi´c, N., Vukojevi´c, V.,  Anicic, O., and Vujiˇci´c, S. “Determination of the Important Machining Parameters on the Chipshape Classification by Adaptive Neuro-Fuzzy Technique”, Precision Engineering, In press, 2016.##
  10. Danesh, S., Farnoosh, R., and Razzaghnia, T. “Fuzzy Nonparametric Regression Based on Adaptive Neuro Fuzzy Inference System”, Neurocomputing, Vol.173, pp.1450-1460, 2016.##
  11. Danesh, S. “Fuzzy Parameters Estimation via Hybrid Methods”, Hacettepe Journal of Mathematics and Statistics, impress, Doi: 10.15672/HJMS.201614621831.##
  12. Sifuzzaman, M., Islam, M.R., and Ali, M.Z. “Application of Wavelet Transform and Its Advantages Compared to Fourier Transform”, Journal of Physical Sciences, Vol. 13, pp. 121-134, 2009.##
  13. Danesh, M., and Khalili, K. “Determination of Tool Wear in Turning Process Using Undecimated Wavelet Transform and Textural Features”,  Procedia Technology, Vol. 19, pp. 98-105, 2015.##
  14. Khalili, K. and Danesh, M. “Identification of Vibration Level in Metal Cutting Using Undecimated Wavelet Transform and Gray-Level Co-Occurrence Matrix Texture Features”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, Vol. 229, pp. 205-213, 2015.##
  15. Julesz, B., Gilbert, E., Shepp, L., and Frisch, H. “Inability of Humans to Discriminate between Visual Textures that Agree in Second-Order Statistics Revisited”, Perception, Vol. 2, pp. 391–405, 1973.##
  16. Haralick, H., Shanmugam, K.,  and Dinstein, I. “Textural Features for Image Classification”, IEEE Trans. Syst. Man. Cybern., Vol. 3, No. 6, pp. 610–621, 1973.##
  17. Dutta, S., Datta, A., Chakladar, N., et al. “Detection of Tool Condition from the Turned Surface Images Using an Accurate Grey Level  Co-Occurrence Technique”, Precision Engineering, Vol. 36, pp. 458–466, 2012.##
  18. Alegre, E., Barreiro, J., and Suarez-Castrillon, S.A. “A New Improved Laws-Based Descriptor for Surface Roughness Evaluation”, Int. J. Mach. Tool Manu., Vol. 59, pp. 605–615, 2012.##
  19. Salgado, D. R.,  Cambero, I., Olivenza, J. M. H.,  Sanz-Calcedo, J. G., Lopez, P. J. N., and Plaza, E. G. “Tool Wear Estimation for Different Workpiece Materials Using the Same Monitoring System”  Procedia Engineering, Vol. 63, pp. 608-615, 2013.##
  20. Byrne, G., Dornfeld, D., Inasaki, I., Ko¨ nig, W., and Teti, R.  “Tool Condition Monitoring – The Status of Research and Industrial Application”, CIRP Annals, Vol. 44, No.2, pp. 541–567, 1995.##
  21. Jesus, R. T. R., Gilberto, H. R. I,van, T. V. and  Carlos, J. C. J. “Driver Current Analysis for Sensorless Tool Breakage Monitoring of CNC Milling Machines”, International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 43, pp. 1529–1534, 2003.##
  22. Danesh, M., and Khalili, K.  “Tool Wear Condition Monitoring Using Time-Frequency Marginal Integral of Motor Current Signal”, Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, No. 16, pp. 181-189, 2015. (in Persian)##
  23. Dimla, E.,  and Dimla, S. “Sensor Signals for Tool-Wear Monitoring in Metal Cutting Operations—a Review of Methods”, International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 40, pp. 1073–1098, 2006.##
  24. Dimla, D.E., Lister, P.M. “On-Line Metal Cutting Tool Condition Monitoring. I: Force and Vibration Analyses”, International Journal of Machine Tools & Manufacture,Vol. 40, pp. 739–768, 2000.##
  25. Rizal, M. , Ghani, J. A., Nuawi, M. Z., Hassan, C., and Haron, C. “Online  Tool  Wear  Prediction  System  in  the  Turning  Process  Using  an  Adaptive”, Applied Soft Computing, Vol.13, pp. 1960–1968, 2013.##
  26. Schefer C., “Monitoring of Tool Wear in Turning Operations Using Vibration Measurements”, Msc thesis, University of Pretoria,1999.##
  27. Jang, J.S.R. “ANFIS: Adaptive-Network-Based Fuzzy Inference System”, IEEE Trans Syst Man Cyber, Vol. 23, No. 3, PP.665-685, 1992.##
  28. Jang, J.S.R. “Self-learning Fuzzy Controllers Based on Temporal Back-Bropagation”, IEEE Transactions on Neural Network, Vol.3, pp. 714-723, 1992.##
  29. Kennedy, J. and Eberhart, R.C. “Particle Swarm Optimization”; Proceedings of the IEEE international conference on neural networks 1995.##
  30. Meissner, M., Schmuker, M., and Schneider, G. “Optimized Particle Swarm Optimization (OPSO) and Its Application to Artificial Neural Network Training”, BMC Bioinformatics, Vol.7 , 2006.##
  31. Mitchell, M. “An Introduction to Genetic Algorithms”, MIT Press, Cambridge, MA, 1996.##
  32. Beasley, D., Bull D., and Martin, R. “An Overview of Genetic Algorithms: Part 1, Fundamentals”, University of Cardiff, Cardiff, 1993.##
  33. Beasley, D., Bull, D., and Martin, R. “An Overview of Genetic Algorithms: Part 2, Research Topics”, University of Cardiff, Cardiff, 1993.##
  34. Socha K. and Dorigo, M. “Ant Colony Optimization for Continuous Domains.”, European J. of Operational Research, Vol.185 No.3, PP. 1155-1173, 2008.##
  35. Box, G. E. P., and Muller, M. E. “A Note on the Generation of Random Normal Deviates”, Annals of Math. Statistics, Vol.29 No. 2, PP. 610-611, 1958.##