图2　监控仪安装示意图

图3 声发射监测处理方法

从主轴传来的振动、噪声等干扰信号主要是通过传感器壳体传入的，本系统采用的特殊自适应滤波器，可以把来自壳体的各种干扰信号滤去，而保留从流体介质传来的刀具破损AE信号.经自适应滤波后的信号进入高通滤波器(截止频率100kHz)，经过高通滤波后的AE信号有一定的衰减，经再次放大后进入检波器，检波后的AE信号进入比较器进行波形鉴别.首先对AE信号的包络进行幅值比较，当其达到预先设定的幅值阈值时，比较器1触发翻转，开始输出信号，接着进入脉宽比较，即信号进入积分器开始进行积分，积分器依下面的计算式工作：

式中　Uo(t)为积分器的输出； K为由电路参数确定的常数； Ui(t)为积分器的输入，即比较器1的输出； Uo(0)为开始积分时刻积分器的输出，由电路参数调整为0.

比较器1的翻转信号积累一定的时间，积分器的输出高于预先设定的脉宽阈值时，比较器2触发翻转(当积分器输出低于脉宽阈值时，认为是冲击干扰).由比较器2输出信号触发报警电路，给出机床停机信号.这样的监测处理方法完全由硬件电路实时实现，是一种较好的监测刀具破损的实用方法.

2　刀具破损监控系统的结构

监控仪结构如图4所示，它是由传感腔和电子电路腔组成.传感腔由传感元件接收信号.电子电路腔包括电源模块、前置处理模块、后置处理模块、控制模块4部分.它们除实现上述的声发射监测处理外，报警后还可以给出机床的控制信号使机床停机.同时以声光报警提示用户，并给出继电器报警输出接口供用户选用.传感腔、电子电路腔及电子电路腔内各电路板都采用模块化设计，它们之间采取接插式连接，便于维护更换.由于工业电磁的噪声使监控仪工作环境比较恶劣，对监控仪进行了抗干扰设计.同时依据电磁兼容设计原理采取了一点接地、壳体屏蔽结构.经电钻、机床的启停等电磁和电源干扰实验，证明采取的一系列措施是有效的.

图4 监控仪结构示意图

3　实　验

在CA6140普通车床上进行了钻头破损实验，直接使用机床上的冷却润滑液系统，监控仪串接在冷却润滑液挠性管的根部，冷却润滑液为20#机油.以不同直径(0.5～2.1mm)的高速钢麻花钻头和不同的切削参数(切削速度：400～1400r/min，进给量：0.028～0.036mm/r)钻削45#钢和硬铝，实验进行了56次，成功率为98%.