先进制造技术制造自动化技术-文档资料

1、1本章要点 概述数控加工技术工业机器人柔性制造系统23 4 5主要技术：成组技术(GT)、计算机直接数控和分布式数控 (DNC)、柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、柔性加工线(FML)、离散系统理论和方法、仿真技术、车间计划与控制、制造过程监控技术、计算机控制与通信网络等。第三阶段(1965-) ：柔性制造 智能制造、敏捷制造、虚拟制造、网络制造、全球制造和绿色制造。第五阶段(1991-) ：新的制造自动化模式 特征是强调制造全过程的系统性和集成性。主要技术：现代制造技术、管理技术、计算机技术、信息技术、自动化技术和系统工程技术等。第四阶段(1973-) ：计算机集成制造系统(C

2、IMS) 6 表1-1 三种自动化形式比较比较项目刚性自动化柔性自动化综合自动化实现目标 减轻工人劳动强度，节省劳动力，保证加工质量，降低生产成本 减轻工人劳动强度，节省劳动力，保证加工质量，降低生产成本，缩短产品制造周期 除左外，提高设计工作与管理工作效率和质量，提高对市场的响应能力控制对象物流物流物流，信息流特点 通过机、电、液气等硬件控制方式实现，因而是刚性的，变动困难 以硬件为基础，以软件为支持，改变程序即可实现所需的转变，因而是柔性的 不仅针对具体操作和工人的体力劳动，而且涉及脑力劳动以及设计、经营管理等各方面典型系统与装备 自动机床、组合机床，机械手，自动生产线 NC机床，加工中心

3、，工业机器人，DNC，FMC，FMS CAD/CAM系统，MRP，CIMS应用范围大批大量生产多品种、中小批量生产各种生产类型关键技术 继电器程序控制技术，经典控制论 数控技术，计算机控制，GT，现代控制论 系统工程，信息技术，计算机技术，管理技术7 图4-1 汽车后桥齿轮箱加工自动线刚性自动化20年代8 柔性自动化50年代图4-2 焊接机器人综合自动化70年代图7-3 综合自动化9制造全球化的概念出于美日欧等发达国家的智能系统计划。近年来随着Internet技术的发展，制造全球化的研究和应用发展迅速。制造全球化 制造网络化敏捷制造是一种面向21世纪的制造战略和现代制造模式，敏捷化是制造环境和

4、制造过程面向21世纪制造活动的必然趋势 。制造敏捷化 10虚拟制造(VM)是以制造技术和计算机技术支持的系统建模技术和仿真技术为基础，集现代制造工艺、计算机图形学、并行工程、人工智能、人工现实技术和多媒体技术等多种高新技术为一体，由多学科知识形成的一种综合系统技术。制造虚拟化绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的影响(负作用)最小，资源效率最高。 制造绿色化智能制造技术的宗旨在于通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动，以实现制造过程的优化。制造智能

5、化工业机器人11 12 1948年，美国帕森斯(Parsons)公司在研制加工直升机叶片轮廓检验用样板的机床时，首先提出了应用电子计算机控制机床来加工样板曲线的设想。后来受美国空军委托，帕森斯公司与麻省理工学院（MIT）伺服机构实验室合作进行研制工作，于1952年研制成功世界上第一台三坐标立式数控铣床。13这是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行控制的自动化方法。是用计算机通过数字信息来自动控制机械加工的机床。具体地说，数控机床是通过编制程序，即通过数字(代码)指令来自动完成机床各个坐标的协调运动，正确地控制机床运动部件的位移量，并且按加工的动作顺序要求自动控

6、制机床各个部件的动作 指用数字量及字符发出指令并实现自动控制的技术。由于计算机应用技术的成熟，数控系统均采用了计算机数控（CNC，Computer Numerical Control）以区别于传统的NC。14 图图4-4 数控机床组成框图数控机床组成框图 15伺服驱动装置检测反馈装置由硬件和软件部分组成，接受输入代码经缓存、译码、运由硬件和软件部分组成，接受输入代码经缓存、译码、运算插补等转变成控制指令，实现直接或通过算插补等转变成控制指令，实现直接或通过PLC对伺服驱对伺服驱动装置的控制。动装置的控制。是数控装置和机床主机之间的联接环节，接受数控装置的是数控装置和机床主机之间的联接环节，接受

7、数控装置的生成的进给信号，经放大驱动主机的执行机构，实现机床生成的进给信号，经放大驱动主机的执行机构，实现机床运动。运动。是通过检测元件将执行元件（电机、刀架）或工作台的速是通过检测元件将执行元件（电机、刀架）或工作台的速度和位移检测出来，反馈给数控装置构成闭环或半闭环系度和位移检测出来，反馈给数控装置构成闭环或半闭环系统。统。16PLC、机床、机床I/O电路和装置电路和装置机床本体机床本体是数控机床的机械结构件（床身箱体、立柱、导轨、工作是数控机床的机械结构件（床身箱体、立柱、导轨、工作台、主轴和进给机构等台、主轴和进给机构等PLC (Programmable Logic Controlle

8、r)：用于完成与：用于完成与逻辑运算有关顺序动作的逻辑运算有关顺序动作的I/O控制，它由硬件和软件组控制，它由硬件和软件组成；成；机床机床I/O电路和装置：实现电路和装置：实现I/O控制的执行部件控制的执行部件(由继电由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等器、电磁阀、行程开关、接触器等)组成的逻辑电路；组成的逻辑电路；17经济型数控车床经济型数控车床全功能数控车床全功能数控车床18 车削中心车削中心双主轴数控车削中心双主轴数控车削中心19 立式数控铣床立式数控铣床卧式数控铣床卧式数控铣床龙门数控铣床龙门数控铣床20 经济型数控铣床经济型数控铣床高速数控铣床高速数控铣床21立式立式加工中心加工中心

9、卧式卧式加工中心加工中心22 硬线数控硬线数控G1: 19521955，电子管，电子管 G2: 19551959，晶体管，晶体管G3:19591965，小规模集成电路，小规模集成电路 23计算机数控计算机数控G4: 1970s (19701974)，小型，小型计算机计算机 G5: 1974-微处理器微处理器 (MCNC) 1979超大规模集成电路超大规模集成电路 (VLIC)G6: 1994 基于基于PC-NC.24 25 26 2728并联机床并联机床HexaM简图简图并联机床结构示意简图（并联机床结构示意简图（6SPS机构机构）该机床的运动路线为该机床的运动路线为: 6个伺服电机的运动个伺

10、服电机的运动通过丝杠通过丝杠(驱动轴驱动轴) 、螺母和连杆传给装有螺母和连杆传给装有电主轴的刀具夹板，电主轴的刀具夹板，从而带动刀具作任意从而带动刀具作任意空间曲线运动空间曲线运动。该并联机床由运动平台、固定平台以及能伸缩该并联机床由运动平台、固定平台以及能伸缩的若干驱动杆组成的若干驱动杆组成，运动平台与固定平台由运动平台与固定平台由6根驱动杆（伸缩杆）相连根驱动杆（伸缩杆）相连，每个驱动杆两端都每个驱动杆两端都是球铰副是球铰副，中间有一个移动副中间有一个移动副。驱动器驱动移驱动器驱动移动副作相对运动动副作相对运动，改变伸缩杆的长度改变伸缩杆的长度，便可改便可改变运动平台的位姿变运动平台的位姿

11、，若将刀具安装在运动平台若将刀具安装在运动平台上上，则通过控制六杆长度的变化则通过控制六杆长度的变化，便可改变刀便可改变刀具在空间的位置与姿态具在空间的位置与姿态，满足加工要求满足加工要求.29ZXY 图图4-5 传统机床传统机床30机机床床框框架架杆件杆件动平台动平台 图图4-6 并联机床并联机床31运动精度高：运动精度高：有效地减少了运动链的长度，将支撑与传动功能集成一体有效地减少了运动链的长度，将支撑与传动功能集成一体可实现高速加工：可实现高速加工：运动部件少，质量轻，有利于获得高的进给速度运动部件少，质量轻，有利于获得高的进给速度机床刚性好：机床刚性好：消除了悬臂结构，没有横梁、立柱等

12、承受弯曲的载荷部件消除了悬臂结构，没有横梁、立柱等承受弯曲的载荷部件结构简单结构简单P800M型并联运动机床型并联运动机床32 33 34 35分类名称分类名称简要解释简要解释操作型机器人操作型机器人能自动控制，可重复编程，多功能，有几个自由度，能自动控制，可重复编程，多功能，有几个自由度，可固定或运动，用于相关自动化系统中。可固定或运动，用于相关自动化系统中。程控型机器人程控型机器人按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人的机械动按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。作。示教再现型机器人示教再现型机器人通过引导或其它方式，先教会机器人动作，输入工作通过引导或其它方式，先教会机器人动

13、作，输入工作程序，机器人则自动重复进行作业。程序，机器人则自动重复进行作业。数控型机器人数控型机器人不必使机器人动作，通过数值、语言等对机器人进行不必使机器人动作，通过数值、语言等对机器人进行示教，机器人根据示教后的信息进行作业。示教，机器人根据示教后的信息进行作业。感觉控制型机器人感觉控制型机器人利用传感器获取的信息控制机器人的动作。利用传感器获取的信息控制机器人的动作。适应控制型机器人适应控制型机器人机器人能适应环境的变化，控制其自身的行动。机器人能适应环境的变化，控制其自身的行动。学习控制型机器人学习控制型机器人机器人能机器人能“体会体会”工作的经验，具有一定的学习功能，工作的经验，具有

14、一定的学习功能，并将所并将所“学学”的经验用于工作中。的经验用于工作中。智能机器人智能机器人以人工智能决定其行动的机器人。以人工智能决定其行动的机器人。3637 38 394041421-手臂及手腕 2-臂架 3-橡皮缓冲器 4-肘形节杆 5-回转台 6-基座 7-连接电缆 8-转台缓冲器 9-第一轴(转台)电动机(M1) 10、14-平衡气缸 11-第二轴(臂架)电动机(M2)12-第三轴螺杆 15-驱动臂架 16-电动机组(M4、M5、M6) 17-控制柜43441-焊接电源焊接电源 2-显示器显示器 3一机器人一机器人控制装置控制装置 4-夹具控制装置夹具控制装置 5-工工件件 6-焊接

15、夹具焊接夹具 7-机器人机器人45 1-小臂小臂 2-大臂大臂 3-转台转台 4-基座基座4647该机器人是用来抓取、搬运来自输送带或输送机上流动的物该机器人是用来抓取、搬运来自输送带或输送机上流动的物品的自动化装置。主要由搬人机械部件、机器主体部件、搬品的自动化装置。主要由搬人机械部件、机器主体部件、搬出机械部件和系统控制等基本部分组成。出机械部件和系统控制等基本部分组成。 1-装卸运装卸运输机输机 2-极式输送极式输送机机 3-极式分配器极式分配器 4-横进给式输送横进给式输送机机 5-操作台操作台 6-控控制台制台 7-多工位式多工位式输送机输送机 484950514.34 4.34 全

16、球最先进的机器人盘点全球最先进的机器人盘点行走机器人行走机器人2009年年1月月8日，北京郊区农民日，北京郊区农民吴玉禄吴玉禄（音译）在自家附近操作（音译）在自家附近操作由他自制的行走机器人拉着的人力车溜达。这款机器人是热衷于发明创造的吴玉由他自制的行走机器人拉着的人力车溜达。这款机器人是热衷于发明创造的吴玉禄制造的最新、最大的机器人。他用从垃圾堆捡来的金属丝、金属片、螺丝钉和禄制造的最新、最大的机器人。他用从垃圾堆捡来的金属丝、金属片、螺丝钉和钉子等为材料，从钉子等为材料，从1986年就开始制造机器人。年就开始制造机器人。524.34 4.34 全球最先进的机器人盘点全球最先进的机器人盘点

17、奏乐机器人奏乐机器人2008年年5月月4日，丰田汽车公司的机器人在陈列室中正在演奏乐器。日，丰田汽车公司的机器人在陈列室中正在演奏乐器。534.34 4.34 全球最先进的机器人盘点全球最先进的机器人盘点人形握手机器人人形握手机器人2009年年2月月17日，在伦敦科学博物馆里，一名观众在和名叫日，在伦敦科学博物馆里，一名观众在和名叫“贝尔蒂贝尔蒂”（Berti）的机器人握手。它是跟真人一样大的人形机器人，设计师制造它的目的是模仿人类手势。）的机器人握手。它是跟真人一样大的人形机器人，设计师制造它的目的是模仿人类手势。 544.34 4.34 全球最先进的机器人盘点全球最先进的机器人盘点“大狗大

18、狗”机器人机器人2009年年2月月4日，泰国和美国士兵在金色眼镜蛇联合日，泰国和美国士兵在金色眼镜蛇联合军事演习开幕式，观看了一个名叫军事演习开幕式，观看了一个名叫“大狗大狗”机器人（机器人（Big Dog）的精彩表）的精彩表演。演。 554.34 4.34 全球最先进的机器人盘点全球最先进的机器人盘点手术机器人手术机器人 56571 检测技术的概念检测技术的概念检测（检测（Detection）定义：）定义： 利用各种物理、化学效应，选利用各种物理、化学效应，选择合适的方法与装置，将生产、科择合适的方法与装置，将生产、科研、生活等各方面的有关信息通过研、生活等各方面的有关信息通过检查与测量的方

19、法，赋予检查与测量的方法，赋予定性或定定性或定量结果量结果的过程称为检测技术。的过程称为检测技术。检测技术在工业生产领域的应用：倍增器检测技术在工业生产领域的应用：倍增器2 检测技术的作用检测技术的作用在线检测：在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定零件尺寸、产品缺陷、装配定位位离线检测：离线检测：零件参数、零件参数、 尺寸与形位公差、尺寸与形位公差、 品质参数品质参数作作 用：用：现代工程装备中，检测环节的成现代工程装备中，检测环节的成本约占本约占5070%2 检测技术的作用检测技术的作用2 检测技术的作用检测技术的作用检测技术在军事上的应用：检测技术在军事上的应用：战斗力战斗力美军研制的未来

20、单兵作战武器美军研制的未来单兵作战武器-OICW 夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标。激光测距仪：可精确的定位目标。检测技术的作用检测技术的作用美国国家导弹防御计划美国国家导弹防御计划-NMD检测技术在国防领域的应用：检测技术在国防领域的应用：先行官先行官1.地基拦截器地基拦截器2.早期预警系统早期预警系统3.前沿部署前沿部署(如雷达）如雷达）4.管理与控制系统管理与控制系统5. 卫星红外线监测系统卫星红外线监测系统 监测系统监测系统: 探测和发现探测和发现敌人导弹的发射并追踪敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道；导弹的飞行轨道；

21、 拦截器：能识别真假弹拦截器：能识别真假弹头，敌友方头，敌友方检测技术的作用检测技术的作用检测技术在航天领域应用：检测技术在航天领域应用：举足轻重举足轻重火箭测控火箭测控 - 检测火箭状况、姿态、轨迹检测火箭状况、姿态、轨迹飞行器测控飞行器测控 - 检测飞行器姿态、发电机工检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵况，控制与操纵 检测技术的作用检测技术的作用“阿波罗阿波罗10”：火箭部分火箭部分-2077个传感器个传感器飞船部分飞船部分-1218个传感器个传感器检测参数检测参数-加速度、温度、压力、加速度、温度、压力、 振动、流量、应变、振动、流量、应变、 声学声学神州飞船：神州飞船：185台（套

22、）仪器装置台（套）仪器装置检测技术的作用65检测技术的作用检测技术的作用检测技术的作用检测技术在日常生活中的应用：检测技术在日常生活中的应用：与日俱增与日俱增检测技术的作用检测技术的作用海啸预报海啸预报检测技术的作用检测技术的作用智能电子警察监测系统智能电子警察监测系统号检测技术的作用检测技术的作用检测技术的作用自动收费系统自动收费系统73 社会：社会：“物化法官物化法官” 机械制造业机械制造业 化工行业化工行业 烟草行业烟草行业 环境保护环境保护 现代物流行业现代物流行业 产品开发产品开发 文物保护领域文物保护领域 检测技术的作用检测技术的作用 检查产品质量检查产品质量 监测环境污染监测环境

23、污染 识别指纹假钞识别指纹假钞 查服违禁药物查服违禁药物 侦破刑事案件侦破刑事案件其它应用：其它应用：743 自动检测系统的组成自动检测系统的组成 自动检测系统原理框图自动检测系统原理框图指一个能将被测的非电量变换成电量的器件。指一个能将被测的非电量变换成电量的器件。 将温度转换为电压的传感器将温度转换为电压的传感器热电偶热电偶n传感器：传感器：76 把传感器输出的电量变成具有一定驱动和把传感器输出的电量变成具有一定驱动和传输能力的信号，以推动后级的显示电路传输能力的信号，以推动后级的显示电路、数据处理装置及执行机构。、数据处理装置及执行机构。n信号处理电路：信号处理电路：模拟显示、数字显示、

24、图象显示及记录仪等。模拟显示、数字显示、图象显示及记录仪等。模拟显示：模拟显示：直观直观n显示器：显示器：数字显示：数字显示：准确，但最后一位经常准确，但最后一位经常跳动不止。跳动不止。图像显示：图像显示：能显示复杂的图形和曲线，但价格昂贵。能显示复杂的图形和曲线，但价格昂贵。记录仪：记录仪：主要用来记录被检测对象的动态变化过程主要用来记录被检测对象的动态变化过程主要是指计算机，将复杂的系统用到频谱分析仪。主要是指计算机，将复杂的系统用到频谱分析仪。n数据处理装置：数据处理装置：通常是指各种继电器，电磁铁、电磁阀门、电通常是指各种继电器，电磁铁、电磁阀门、电磁调节阀、伺服电动机等，它们在电路中

25、是起磁调节阀、伺服电动机等，它们在电路中是起通断、控制、调节、保护等作用的电器设备。通断、控制、调节、保护等作用的电器设备。继电器继电器n执行机构：执行机构：电磁阀门电磁阀门固态继电器固态继电器n执行机构：执行机构：电磁铁电磁铁电磁调节阀电磁调节阀n执行机构：执行机构：伺服型雷达天线伺服型雷达天线报警器报警器n执行机构：执行机构：85 智能化智能化 虚拟化虚拟化 网络化网络化 微型化微型化 集成化集成化4 自动检测技术的发展趋势自动检测技术的发展趋势不断提高检测系统的测量精度、量程范围、不断提高检测系统的测量精度、量程范围、延长使用寿命、提高可靠性。延长使用寿命、提高可靠性。n提高测量精度提高

26、测量精度 将量程切换到将量程切换到2V时，最小显时，最小显示值为示值为1Vn提高可靠性提高可靠性承受剧烈振动承受剧烈振动88发展微型化、集成化、智能化、虚拟化的传感器发展微型化、集成化、智能化、虚拟化的传感器n智能化智能化n面部识别技术面部识别技术n单片机芯片单片机芯片89可拍照的手机可拍照的手机n集成化集成化90应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域火星车火星车月球车月球车应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域n安全检查安全检查应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域93网络化传感

27、器及检测技术逐步发展网络化传感器及检测技术逐步发展检测技术的误差检测技术的误差951 测量的分类2 测量误差及分类3 自动检测系统的组成检测技术的误差检测技术的误差961 测量的分类 静态测量和动态测量静态测量和动态测量 直接测量与间接测量直接测量与间接测量 接触式测量与非接触式测量接触式测量与非接触式测量 在线测量和离线测量在线测量和离线测量n静态测量和动态测量静态测量和动态测量电子卡尺电子卡尺直接测量与间接测量直接测量与间接测量99接触式测量与非接触式测量接触式测量与非接触式测量雷达测速雷达测速测体温测体温100在线测量和离线测量在线测量和离线测量1012 测量误差及分类测量误差及分类 测

28、量误差：测量误差：测量值与真实值之间的误差。测量值与真实值之间的误差。 分类：分类：绝对误差和相对误差。绝对误差和相对误差。绝对误差绝对误差 绝对误差绝对误差是测量值是测量值Ax与真实值与真实值A0之间的之间的差值，即：差值，即： 0 xAA 相对误差相对误差 相对误差相对误差用百分比的形式表示。一般多用百分比的形式表示。一般多取正值。相对误差有以下表现形式：取正值。相对误差有以下表现形式： 示值相对误差示值相对误差 ：用绝对误差：用绝对误差与被测量与被测量Ax的百分比表示的百分比表示满度（引用）相对误差满度（引用）相对误差 ：绝对误差：绝对误差与仪器与仪器满度值满度值Am的百分比。的百分比。

29、%100Axx%100Amnr104准确度等级准确度等级 当取仪表的最大绝对误差时，常用引用误当取仪表的最大绝对误差时，常用引用误差来表示仪表的准确度等级差来表示仪表的准确度等级S，即：，即：根据给出的准确度等级根据给出的准确度等级S及满度值及满度值Am，可，可以推算出该仪表可能出现的最大绝对误差、以推算出该仪表可能出现的最大绝对误差、示值相对误差等。示值相对误差等。仪表的准确度等级和基本误差仪表的准确度等级和基本误差 例：某指针式电压表的精度为例：某指针式电压表的精度为2.52.5级，用它来测量电压时可能产级，用它来测量电压时可能产生的满度相对误差为生的满度相对误差为2.5% 2.5% 。1

30、06误差产生的因素：误差产生的因素： 粗大误差粗大误差 系统误差系统误差 随机误差随机误差粗大误差粗大误差 明显偏离真值的误差称为粗大误差，也明显偏离真值的误差称为粗大误差，也叫过失误差。粗大误差主要是由于测量人员叫过失误差。粗大误差主要是由于测量人员的粗心大意及电子测量仪器受到突然而强大的粗心大意及电子测量仪器受到突然而强大的干扰所引起的。如测错、读错、记错、外的干扰所引起的。如测错、读错、记错、外界过电压尖峰干扰等造成的误差。就数值大界过电压尖峰干扰等造成的误差。就数值大小而言，粗大误差明显超过正常条件下的误小而言，粗大误差明显超过正常条件下的误差。当发现粗大误差时，应予以剔除。差。当发现

31、粗大误差时，应予以剔除。 系统误差：系统误差：夏天摆钟变慢的原因是什么？夏天摆钟变慢的原因是什么？ 系统误差也称装置误差，它反系统误差也称装置误差，它反映了测量值偏离真值的程度。凡误映了测量值偏离真值的程度。凡误差的数值固定或按一定规律变化者，差的数值固定或按一定规律变化者，均属于系统误差。均属于系统误差。 系统误差是有规律性的，因此系统误差是有规律性的，因此可以通过实验的方法或引入修正值可以通过实验的方法或引入修正值的方法计算修正，也可以重新调整的方法计算修正，也可以重新调整测量仪表的有关部件予以消除。测量仪表的有关部件予以消除。 随机误差随机误差 在同一条件下，多次测量同一被测量，在同一条

32、件下，多次测量同一被测量，有时会发现测量值时大时小，误差的绝对值及有时会发现测量值时大时小，误差的绝对值及正、负以不可预见的方式变化，该误差称为随正、负以不可预见的方式变化，该误差称为随机误差，也称偶然误差，它反映了测量值离散机误差，也称偶然误差，它反映了测量值离散性的大小。随机误差是测量过程中许多独立的性的大小。随机误差是测量过程中许多独立的、微小的、偶然的因素引起的综合结果。、微小的、偶然的因素引起的综合结果。 存在随机误差的测量结果中，虽然单个存在随机误差的测量结果中，虽然单个测量值误差的出现是随机的，既不能用实验的测量值误差的出现是随机的，既不能用实验的方法消除，也不能修正，但是就误差

33、的整体而方法消除，也不能修正，但是就误差的整体而言，多数随机误差都服从正态分布规律。言，多数随机误差都服从正态分布规律。 随机误差的正态分布规律随机误差的正态分布规律长度相对测量值长度相对测量值次次数数统统计计111静态误差与动态误差静态误差与动态误差静态误差：静态误差：在被测量不随时间变化时所产在被测量不随时间变化时所产生的误差称为静态误差。生的误差称为静态误差。动态误差：动态误差：当被测量随时间迅速变化时，当被测量随时间迅速变化时，系统的输出量在时间上不能与被测量的变系统的输出量在时间上不能与被测量的变化精确吻合，这种误差称为动态误差。化精确吻合，这种误差称为动态误差。 由心电图仪放大器带

34、宽由心电图仪放大器带宽不够引起的动态误差不够引起的动态误差动态误差：动态误差：113 1 传感器的定义传感器的定义 2 传感器的组成传感器的组成 3 3 传感器分类传感器分类传感器传感器的定义、组成、分类的定义、组成、分类1141 传感器的定义 根据中华人民共和国国家标准（根据中华人民共和国国家标准（GB7665-87） 传感器（传感器（Transducer/Sensor）：能感受规定）：能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件和装置。号的器件和装置。115包含的概念：包含的概念： 传感器是测量装置，能完成检测任务；传感器是测量装置，能

35、完成检测任务； 它的输出量是某一被测量，可能是物理量，也可它的输出量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等；能是化学量、生物量等； 它的输出量是某种物理量，这种量要便于传输、它的输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等等，这种量可以是气、光、电转换、处理、显示等等，这种量可以是气、光、电量，但主要是电量；量，但主要是电量； 输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。输出输入有对应关系，且应有一定的精确程度。1162 2 传感器的组成传感器的组成传感器组成框图传感器组成框图举例：测量压力的电位器式压力传感器举例：测量压力的电位器式压力传感器n敏感元件：敏感元件：能够

36、灵敏地感受被测量并作出响应的元件。能够灵敏地感受被测量并作出响应的元件。弹性敏感元件（弹簧管）：弹性敏感元件（弹簧管）：将压力转换为角位移将压力转换为角位移将敏感元件感受的被测量转换成电路参数的元件。将敏感元件感受的被测量转换成电路参数的元件。传感元件（电位器）：传感元件（电位器）：将角位移转换为电参量将角位移转换为电参量-电阻电阻的变化（的变化（R） n传感元件：传感元件：n将传感元件输出的电参量转换成易于处理的将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电压、电流或频率量。电压、电流或频率量。当电位器的两端加当电位器的两端加上电源后，电位器上电源后，电位器就组成分压比电路，就组成分压比电路，它的

37、输出量是与压它的输出量是与压力成一定关系的电力成一定关系的电压压Uo 。 n测量转换电路：测量转换电路：121 1根据被测物理量分类：根据被测物理量分类： 速度传感器、位移传感器、加速度传感速度传感器、位移传感器、加速度传感器、温度传感器、压力传感器等。器、温度传感器、压力传感器等。 2按工作原理分类按工作原理分类 应变式、电压式、电容式、涡流式、差应变式、电压式、电容式、涡流式、差动变压器式等。动变压器式等。 3按能量的传递方式分类按能量的传递方式分类 有源的和无源的传感器。有源的和无源的传感器。3 传感器分类传感器分类122 1 1 传感器的静态特性传感器的静态特性 2 2 传感器的动态特

38、性传感器的动态特性传感器基本特性传感器基本特性稳定性(零漂)传感器传感器温度供电各种干扰稳定性温漂分辨力冲击与振动电磁场线性滞后重复性灵敏度输入误差因素外界影响 传感器输入输出作用图输出取决于传感器本身，可通过传感器本身的改善来加以抑制，有时也可以对外界条件加以限制。衡量传感器特性的主要技术指标1241 1 传感器的静态特性传感器的静态特性 静特性指标静特性指标1、线性度、线性度2、灵敏度、灵敏度3、迟滞、迟滞4、重复性、重复性5、零点漂移零点漂移6、温度漂移温度漂移静态特性：输入量为常量，或变化极慢。静态特性：输入量为常量，或变化极慢。125线性度线性度直线拟合线性化直线拟合线性化 非线性误

39、差或线性度非线性误差或线性度%100)(MFSaxLLy最大非线性误差 满量程输出 指传感器实际特性曲线与拟合直线之间的最大指传感器实际特性曲线与拟合直线之间的最大偏差与传感器满量程输出的百分比，表达式：偏差与传感器满量程输出的百分比，表达式：126直线拟合线性化直线拟合线性化： 理论拟合理论拟合 过零旋转拟合过零旋转拟合 端点连线拟合端点连线拟合 端点连线平移拟合端点连线平移拟合 最小二乘拟合最小二乘拟合 出发点出发点 获得最小的非线性误差获得最小的非线性误差a.理论拟合理论拟合拟合直线为传感器的理论特性，与实际测试值无关。拟合直线为传感器的理论特性，与实际测试值无关。方法十分简单，但一般说

40、方法十分简单，但一般说 Lmax 较大较大xyLmaxb.过零旋转拟合过零旋转拟合曲线过零的传感器。拟合时，使曲线过零的传感器。拟合时，使L1= L2= Lmax xyL2L1c.端点连线拟合端点连线拟合 把输出曲线两端点的连线作为拟合直线把输出曲线两端点的连线作为拟合直线xyLmaxd.端点连线平移拟合端点连线平移拟合 在端点连线拟合在端点连线拟合基础上使直线平移，移基础上使直线平移，移动距离为原先的一半动距离为原先的一半Max312LLLLyxLmaxL1e.最小二乘拟合最小二乘拟合xy=kx+by生物机电132灵敏度灵敏度 传感器输出的变化量传感器输出的变化量 yy 与引起该变化量与引起

41、该变化量的输入变化量的输入变化量xx之比即为其静态灵敏度之比即为其静态灵敏度，表达式：，表达式：xyk表征传感器对输入量变化的反应能力表征传感器对输入量变化的反应能力生物机电 (a) 线性传感器线性传感器 (b) 非线性传感器非线性传感器 图图 1.4.2 传感器的灵敏度传感器的灵敏度 生物机电生物机电灵敏度作图灵敏度作图迟滞迟滞 传感器在正（输入量增大）、反（输入量减传感器在正（输入量增大）、反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合的现象称为小）行程中输出输入曲线不重合的现象称为迟滞，表达式：迟滞，表达式：%100)(21 (FSHMAXHy 正反行程间输出的最大差值。正反行程间输出的最大差

42、值。HMAX%100)(21 (FSHMAXHy满量程输出。满量程输出。生物机电136迟滞特性迟滞特性xHmaxY正行程特性正行程特性反行程特性反行程特性n影响：影响：分辨力变差分辨力变差n希望：希望：迟滞越小越迟滞越小越好。好。重复性重复性 传感器在输入按同一方向连续多次变动传感器在输入按同一方向连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。时所得特性曲线不一致的程度。正行程的最大重复性偏差正行程的最大重复性偏差反行程的最大重复性偏差反行程的最大重复性偏差1MaxR2MaxR%100)(MaxFSRRy取较大者为取较大者为MaxR生物机电 重复特性重复特性xRmax1Rmax2y生物机电零点漂移零

43、点漂移 传感器在长时间工作的情况下输出量发生传感器在长时间工作的情况下输出量发生的变化。的变化。%1000FSYY零漂零漂 式中式中Y0最大零点偏差；最大零点偏差； YFS 满量程输出。满量程输出。生物机电温漂温漂 传感器在外界温度下输出量发出的变化传感器在外界温度下输出量发出的变化%100maxTYFS温漂温漂 式中式中max 输出最大偏差；输出最大偏差；T 温度变化范围；温度变化范围； YFS 满量程输出。满量程输出。 生物机电2 传感器的动态特性传感器的动态特性 动态特性动态特性:指传感器的输出对随时间变化的输指传感器的输出对随时间变化的输入量的响应特性。反映输出值真实再现变化着入量的响

44、应特性。反映输出值真实再现变化着的输入量的能力。的输入量的能力。 研究传感器的动态特性主要是从测量误差角度研究传感器的动态特性主要是从测量误差角度分析产生动态误差的原因以及改善措施。分析产生动态误差的原因以及改善措施。时域时域：瞬态响应法：瞬态响应法频域频域：频率响应法：频率响应法 生物机电142瞬态响应特性：时间响应瞬态响应特性：时间响应 一阶传感器一阶传感器的时间常数的时间常数越小越好越小越好生物机电143二阶传感器的二阶传感器的响应在很大程响应在很大程度上取决于阻度上取决于阻尼比尼比和固有频和固有频率率n 。生物机电144生物机电 上升时间上升时间tr 输出由稳态值的输出由稳态值的10%

45、变化到稳变化到稳态值的态值的90%所用的时间。所用的时间。 响应时间响应时间ts 系统从阶跃输入开始到输出值系统从阶跃输入开始到输出值进入稳态值所规定的范围内所需要的时间。进入稳态值所规定的范围内所需要的时间。 峰值时间峰值时间tp 阶跃响应曲线达到第一个峰值阶跃响应曲线达到第一个峰值所需时间。所需时间。 超调量超调量 传感器输出超过稳态值的最大值传感器输出超过稳态值的最大值A，常用相对于稳态值的百分比，常用相对于稳态值的百分比表示。表示。生物机电146频率响应特性频率响应特性 传感器对正弦输入信号的响应特性传感器对正弦输入信号的响应特性(a) 幅频特性幅频特性 (b) 相频特性相频特性时间常

46、数时间常数越小，频率响应特性越好越小，频率响应特性越好147传感器的频率响应特性好坏主要取决于阻尼传感器的频率响应特性好坏主要取决于阻尼比比和传感器固有频率和传感器固有频率n 。生物机电 频带：频带：传感器增益保持在一定值内的频率传感器增益保持在一定值内的频率范围，称为传感器的频带或通频带，对应范围，称为传感器的频带或通频带，对应有上、下截止频率。有上、下截止频率。 时间常数时间常数：用时间常数用时间常数来表征一阶传感来表征一阶传感器的动态特性，器的动态特性，越小，频带越宽。越小，频带越宽。 固有频率固有频率n ：二阶传感器的固有频率二阶传感器的固有频率n表征了其动态特性。表征了其动态特性。生

47、物机电谢谢！150 151 152FMS的组成的组成典型的典型的FMS主要由以下三个子系统组成：主要由以下三个子系统组成：（1）加工系统）加工系统（2）运储系统）运储系统（3）计算机控制系统）计算机控制系统FMS的组成框图及功能特征的组成框图及功能特征155计算机技术计算机技术 传感器技术传感器技术液压技术液压技术电子技术电子技术PLC技术技术气动技术气动技术机器人技术机器人技术156www.festech.co.krwww.festech.co.kr6、RV-2AJ 5自由度机器人自由度机器人5、CNC 数控铣床CNC 铣床编程铣床编程3、图像处理工作单元、图像处理工作单元可视化监控系统PL

48、C编程库存控制PLC 编程8、存储工作单元存储工作单元11、传输带系统、传输带系统1、供料、供料工作单元工作单元2、检测工作单元、检测工作单元9、操作手工作单元、操作手工作单元7、装配工作单元、装配工作单元4、操作手工作单元10、成品分装工作单元、成品分装工作单元157图4-4 FMS的组成自动仓库工厂计算机中央计算机物流控制计算机运输小车加工单元1加工单元2加工单元n信 息 传 输 网 络工夹具站158FMS结构框图结构框图 159q 加工单元CNC（MC）机床工作台架（暂存工件）机器人或托盘交换装置检测、监控装置设备运行状态监控与检测（图4-5） 传感器群信号采集预处理特征提取状态识别诊断

49、决策预维修决策监控检测报告正常状态模式预诊断知识库预维修知识库学习训练匹配状态异常报警预知故障报警输出图4-5 设备运行状态监控与检测框图160钻头破损检测器内存有以往采集的钻头破损的信号或钻头破损模拟信号，与检测信号进行比较。当钻头破损被确认后，发出换刀信号。加工过程监控与检测重点是刀具磨损、破损监控与检测。图4-6为声发射钻头破损检测装置示意图。加工过程中，一旦钻头破损，声发射传感器检测到钻头破损信号，将其送至钻头破损检测器进行处理。钻头破损检测器图4-6 声发射钻头破损检测装置系统图交换机床控制器工件折断工作台声发射传感器破损信号161q 物料传输系统又称立体仓库或自动化仓库系统（Aut

50、omated Storage and Retrieva1 System一ASRS），由高层料架 、堆垛机、控制计算机和物料识别装置等组成。具有自动化程度高、料位空间尺寸和额定存放重量大、料位总数可根据实际需求扩展、占地面积小等优点。 自动仓库（图4-7）图4-7 自动仓库运输小车出入库装卸站堆垛机料架162 传输装置 滚式链式（传送带由于柔性差，目前较少使用）带式有轨无轨（AGV）固定路线随机路线电磁式（图7-8）光电式（图7-9）传送带运输小车机器人固定式机器人行走式机器人切屑处理系统163 无轨小车 又称自动引导小车（AGV, Automated Guide Vehicle）。图4-21（

51、a）为其示意图，小车上有托盘交换台3，工作台1与托盘2由交换台推上机床的工作台进行加工，加工好的工件连同托盘拉回到小车的交换台上，送装卸工位，由人工卸下并装上新的待加工工件。小车的行车路线常用电缆或光电引导。164图图4-8 自动引导小车自动引导小车(AGV) 图4-21（b）为电缆引导的原理图，在地面（6）下埋设有导向电缆8，通以低频电流，在电缆周围形成磁场7。固定在小车车身内的两个19感应线圈5中即产生电压，当小车运行偏离电缆时，两线圈的电压不相等，转向电机4即正向或反向旋转以校正小车的位置，使小车总是沿电缆引导的路线行走。光电引导方式是在地面上铺设反光的不锈钢带，利用光的反射使小车上的一排光电管产生信号，以引导小车沿反光带运动。 165转向舵比较放大电路信号拾取线圈引导电缆图4-8 电磁引导原理在地面上埋设引导电缆，并通以510kHz的低压电流。小车上装有对称的一组信号拾取线圈。当小车偏向右方时，右方的感应信号减弱，左方的增强，控制器根据这些信号的强弱，控制小车的舵轮。电磁导向方式原理（图