基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)的熱變形數(shù)據(jù)處理

在熱變形實(shí)驗(yàn)中通過高速實(shí)時(shí)采集，獲取到熱變形量的實(shí)時(shí)變化。引入經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)法對(duì)熱變形實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。系統(tǒng)介紹了經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)法的原理。通過幾個(gè)對(duì)比數(shù)據(jù)處理過程，將此方法與傳統(tǒng)濾波法進(jìn)行對(duì)比。并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲取最終的熱變形實(shí)時(shí)變化。熱變形數(shù)據(jù)屬于非線性、非平穩(wěn)信號(hào)，用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法（EMD）可以很好的分解出它的真實(shí)數(shù)據(jù)及其物理意義。

【關(guān)鍵詞】經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解 熱變形數(shù)據(jù) 非線性 非平穩(wěn)

隨著現(xiàn)代制造業(yè)的快速發(fā)展，精密及超精密加工得到廣泛應(yīng)用，機(jī)械裝備精度及其相應(yīng)的測(cè)試測(cè)量技術(shù)和儀器設(shè)備精度實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的提升，溫度引起的誤差在總誤差中的比重越來越高現(xiàn)代科技的高速發(fā)展已使研究精度不斷地深化，這使得從前可以忽略的精度影響因素必須重新加以考慮。如何降低和減小它的影響就變得尤為重要。對(duì)機(jī)械進(jìn)行熱變形分析就是掌握和消除熱變形影響的重要途徑。熱變形分析中的數(shù)據(jù)處理是其中的重要部分，但也是被忽視的一部分。

目前傳統(tǒng)的熱變形數(shù)據(jù)處理都是采用平均處理法。即在熱變形實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)被測(cè)件的溫度穩(wěn)定后采集多組數(shù)據(jù)，將采集的數(shù)據(jù)平均值作為最后結(jié)果。這類方法由于受到高溫及非線性變化的溫度影響，采集到的數(shù)據(jù)重復(fù)性差且不能實(shí)時(shí)獲取熱變形量。這種數(shù)據(jù)處理方法無法實(shí)時(shí)精確的獲取熱變形數(shù)據(jù)。本文采用的經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法在處理非線性、非平穩(wěn)信號(hào)時(shí)具有很大優(yōu)勢(shì)，可以更加準(zhǔn)確和實(shí)時(shí)地求出出熱變形變化。

1 經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)的原理

EMD方法的本質(zhì)是通過特征時(shí)間尺度獲得時(shí)間序列的多個(gè)本征震蕩模式，然后由本征震蕩模式來分解時(shí)間序列數(shù)據(jù)。即將一個(gè)時(shí)間序列分解為多個(gè)具有不同特征時(shí)間尺度的本征模態(tài)函數(shù)（IMF）和一個(gè)無法再進(jìn)行分解的、光滑的、單調(diào)的趨勢(shì)項(xiàng)。

2 熱變形數(shù)據(jù)

采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后會(huì)采集到大量數(shù)據(jù)。這些熱變形數(shù)據(jù)屬于非線性、非平穩(wěn)信號(hào)。分別對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行平均法和EMD濾波法處理。

3 熱變形數(shù)據(jù)處理

截取實(shí)驗(yàn)中的一段熱變形數(shù)據(jù)分別用兩種方法分別進(jìn)行處理，兩種方法處理后的結(jié)果如下：

3.1 采用平均法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理

在熱變形量中每1000個(gè)數(shù)據(jù)平均一次，將平均值作為處理后的結(jié)果。平均法處理后的熱變形數(shù)據(jù)會(huì)成為一條直線，無法顯示出熱變形過程中的細(xì)節(jié)信息。

3.2 采用EMD法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理

對(duì)熱變形數(shù)據(jù)進(jìn)行EMD分解，得到16個(gè)IMF分量和1個(gè)趨勢(shì)項(xiàng)。EMD方法是先把信號(hào)中頻率較大的模態(tài)分離出來，最后再分離頻率較小的分量。

把趨勢(shì)項(xiàng)加上第16、15兩個(gè)IMF分量作為EMD處理后的結(jié)果，并與采集數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。結(jié)果如圖1所示。

4 總結(jié)

熱變形數(shù)據(jù)屬于非線性、非平穩(wěn)信號(hào)，采用平均法無法獲取到它的細(xì)節(jié)信息。而經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)法具有非常好的時(shí)頻聚集性、自適應(yīng)性，可以有效處理非線性信號(hào)。通過對(duì)熱變形數(shù)據(jù)的處理可以看出，經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)可以很好地應(yīng)用于熱變形數(shù)據(jù)的處理中，能夠準(zhǔn)確的獲取到熱變形的實(shí)時(shí)變化。

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作者簡(jiǎn)介

苗繼超（1989-），男，山東省臨沂市人?，F(xiàn)為合肥工業(yè)大學(xué)研究生在讀學(xué)生。研究方向?yàn)楝F(xiàn)代精度理論及其應(yīng)用。

作者單位

合肥工業(yè)大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院 安徽省合肥市 230009