检测过程自动化

1、A 冷 Hohai university机电工程学院第五章检测过程自动化检测是企业产品质量管理的技术基础，也是制造系统不可缺少的一个重要组成部分。在机械加工过程中应用检测技随着现代制造技术、自动控制技术、计算机技术、人工智能技术以及系统工程技术的发展，各种新型刀具、材料及昂贵的加工设备的使用更加大了检测的难度，传统的人工检测技术已远远不能满足生产加工的要求。因此，各种先进的自动化检测技术和识别技术应运而生。阿洋上与Hohaiuniversity机电工程学院5.1制造过程的检测技术5.2加工尺寸的自动测量5.3刀具的自动识别与监测5.4加工设备的自动监测5.5相关的检测技术Hohai unive

2、rsity机电工程学院第一节制造过程的检测技术一、基本概念检测技术是机械制造系统不可缺少的部分，它在机械制造领域中占有十分重要的地位。制造过程的检测技术就是采用人工或自动的检测手段,通过各种检测工具或自动化检测装置，为控制加工过程、产品质量等提供必要的参数和数据。这些参数和数据可以是几何的、工艺的或物理的。河洋土与Hohaiuniversity机电工程学院新工资源输入信息雇材料惋蜃资金机械加工条机成,品废品加工系统输出女持条件检测与组成加工系统之间的关系，如图5-2所示。D定位子系统：建立刀具与被加工工件的相对位置。2）运动子系统：为加工提供切削速度及进给量。3）能量子系统：为加工过程改变工件

3、形状提供能量保证。4）检测子系统：为控制加工过程、产品质量等提供必要的数据信息。5）控制子系统：对加工系统的信息输入和传递进行必要的控制，以保证产品质量，提高加工效率，降低成本。它可以是人工控制，也可以是自动控制。图5-2机械加工系统的组成河在上与 Hohai university机电工程学院 对加工后的工件进行检测，仅能起到剔除废品的作用，因此检测过程是被动的； 对加工中的工件进行检测，并根据检测结果通过控制系统对加工过程进行控制，这种方式能防止废品的产生，检测过程是主动的； 如果进一步对测得的加工过程参数进行优化，并校正机床系统，就能实现自适应控制。检测方法按其在制造系统中所处位置可分为下

4、列几种方式：(1)直接测量与间接测(2)接触测量和非接触测量(3)在线测量和离线测二=113Hohai university机电工程学院(1)直接测量与间接测量直接测量：测量时，直接从测量器具上读出被测几何量的大小值间接测量：被测几何量无法直接测量时，首先测出与被测几何量有关的其他几何量，然后，通过一定的数学关系式进行计算来求得被测几何量的尺寸值(2)接触测量和非接触测量接触式：测量器具的测量头直接与工件被检验的表面接触，工件被测参数的变化，直接反映在量杆的移动量上,然后通过某种传感器转换为电量。例如电接触式、电感式传感器都属于这一种。非接触式：测量器具的测量头不与工件被测表面接触，而是借助电

5、磁感应、气压，光束或放射性同位素的射线等的作用，以反映被测参数的变化。这种测量方式，没有因为测头与工件接触发生磨损而产生的误差。Hohai university机电工程学院(3)在线测量和离线测量在线测量：在加工过程或加工系统运行过程中对被测对象进行检测。离线测量：在被测对象加工后脱离加工系统在进行检测。Hohai university机电工程学院二、检测装置监测的内容:对被加工工件的监测与控制包括：精度、粗糙度、形状、缺陷等;对加工设备工作状态的在线监测与控制包括：切削负荷、刀具磨损及破损、机床主要部件的温升、振动、变形等;对加工对象的加工过程在线监测与控制。阿洛夫当Hohai univer

6、sity机电工程学院二、检测装置采用的检测手段可分为:人工检测和自动检测。人工检测：是人操作检测工具，收集分析数据信息，为产品质量控制提供依据；自动检测：是借助于各种自动化检测装置和检测技术,自动地灵敏地反映被测工件及设备的参数，为控制系统提供必要的数据信息。 机械制造过程中自动化检测的范 从制品（零件、部件和产品）的尺寸、形状、缺陷、性能等的静态检测，到成品生产过程各阶段上的质量控制; 从对各种工艺过程及其设备的调节与控制，到实现最佳条件的自动生产，其中每一方面都离不开自动检测技术。Hohai university机电工程学院适用于不同用途的自动检测装置 用于工件的尺寸、形状检测用的定尺寸检

7、测装置：三坐标测量机、激光测径仪以及气动测微仪、电动测微仪和采用电涡流方式的检测装置； 用于工件表面粗糙度检测：表面轮廓仪； 用于刀具磨损或破损监测的：噪声频谱、红外发射、探针测量等测量装置； 利用切削力、切削力矩、切削功率对刀具磨损进行检测的测量装置。它们的主要作用就在于全面地、快速地获得有关产品质量的信息和数据。河洋上与Hohai university机电工程学院三、自动化检测方法在机械加工中自动化检测方法有两种：1 .产品精度检测产品精度检测是在工件加工完成后，按验收的技术条件进行验收和分组。这种检验只能发现废品，不能预防废品的产生。2 .工艺过程精度检测目的：预防废品的产生，从工艺上保

8、证所需的精度。对象：加工设备、工具和生产工艺过程河洋4必Hohai university机电工程学院自动化检测实现的途径在机床上安装自动化检测装置实现加工过程中的在线检测。如在数控磨床上安装在线检测装置在自动线中设置专门的自动检测工位，即在某道加工工序刚一完成就立即进行在线检测。如曲轴加工自动生产线上的动平衡实验装置。设置专门的监测装置。如轴承中使用的钢珠、滚针，连杆的秤重。在柔性系统使用的测量机器人。计算机技术和电子技术的发展应用对自动检测领域的影响，使自动检测的范畴扩大。从被加工工件尺寸和几何参数的静态检测，扩展到对加工过程各个阶段的质量控制；从对工艺过程的监测扩展到实现最佳条件的自适应控

9、制检测O自动化检测技术不仅是现代制造系统中质量管理分系统的技术基础，而且已成为现代制造加工系统不可缺少的一个重要组成部分O河洋上与Hohai university机电工程学院第二节加工尺寸的自动测量工件尺寸精度是直接反映产品质量的指标，因此在许多自动化制造中都采用自动测量工件的方法来保证产品质量和系统的正常运行。一、检测方法检测方法按其在制造系统中所处的位置可以分为：1 .离线检测2 .过程中检测3 .在线检测Hohai university机电工程学院一、检测方法1 .离线检测在自动化制造系统生产线以外进行检测，其检测周期长，难以及时反馈质量信息。2 .过程中检测这种检测是在工序内部，即工步

10、或走刀之间，利用机床上装备的测头检测工件的几何精度或标定工件零点和刀具尺寸。检测结果直接输入机床数控系统，修正机床运动参数，保证工件加工质量。19Hohai university机电工程学院检测方法:测头安装在主轴上（数控锋铳加工中心）或刀架上（车削加工中心），通过触点测量和数据处理检测加工表面的尺寸和形状误差或标定工件在机床坐标系中的坐标零点。测头安装在机床工作台（数控链铳加工中心）或床身上（车削加工中心），通过坐标轴运动使刀具与测头接触测出刀具在各方向的偏置量，输入数控系统进行刀具补偿；或者测量刀具磨损量。河洛丈必Hohai university机电工程学院3 .在线检测利用坐标测量机综合

11、检测经过加工后机械零件的几何尺寸与形状位置精度。坐标测量机按精度可分为生产型和精密型两大类;按自动化水平可分为手动、机动和计算机直接控制三大类。在自动化制造系统中，一般选用计算机直接控制的生产型坐标测量机。可洛火专Hohai university机电工程学院 工件尺寸、形状的在线测量是机械加工中很重要的功能。 工件的工件的尺寸和形状误差分为：随机误差和系统误差。 自动检测中，应该检测系统误差！ 系统误差包括？ 影响加工尺寸的因素一般说来有以下几种原因： 1、切削热引起刀具的伸长，使得加工尺寸与、理论尺寸有差别； 2、切削热引起工件的膨胀； 3、机床主轴、工件和刀具系统在受切削力和切削热作用下的

12、动态变形； 4、刀具磨损对加工精度的影响。实时在线测量河洛丈必Hohai university机电工程学院工件尺寸、形状的在线测量方式:测量对象形状及尺寸（宏观几何信息）工件几何信J息测量测量方式触针式摩擦轮方式 气动测微仪方式 电测微方式 光学方式 超声波方式 5、机床导轨的几何精度。J圆度（微观几何信息）气动测微仪电动测微仪电涡流方式河洛土与Hohai university机电工程学院测量传感器测量装置中最主要的部分是传感器，它用以将被测零件的尺寸变化转换成其他物理量，例如转换成电、气或其他形式的信号。然后将此信号送至放大装置放大或经其他处理后，供机床的控制系统自动控制机床的工作过程。常用

13、的传感器有电气式、光电式、气动式等。河洛土与Hohai university机电工程学院二、自动测量机构1 .专用自动测量装置实现加工过程自动检测的过程是由自动检测装置完成的。在大批量生产条件下，只要将自动测量装置安装在机床上，操作人员不必停机测量工件尺寸，就可以在加工过程中自动检测工件尺寸的变化，并能根据测得的结果发出相应的信号，控制机床的加工过程（如变换切削用量、停止进给、退刀和停车等）。其自动测量原理如醺9所示。图5-4加工中自动测量原理方框图Hohai university机电工程学院2 .三坐标测量机三坐标测量机又称计算机数控三坐标测量机，它是现代加工自动化系统中的测量设备。三坐标测

14、量机不仅可以在计算机控制的制造系统中直接利用计算机辅助设计和制造系统中的编程信息对工件进行测量和检验，构成设计一制造一检验集成系统，而且能在工件加工、装配的前、后或过程中给出检测信息并进行在线反馈处理。2.三坐标测量机三坐标测量机(CoordinateMeasuringMachining,简称CMM)是20世纪60年代发展起来的一种新型高效的精密测量仪器。现代CMM不仅能在计算机控制下完成各种复杂测量，而且可以通过与数控机床交换信息，实现对加工的控制，并且还可以根据测量数据，实现反求工程。目前，CMM已广泛用于机械制造业、汽车工业、电子工业、航空航天工业和国防工业等各部门，成为现代工业检测和质

15、量控制不可缺少的万能测量设备。Hohai university机电工程学院2.三坐标测量机三坐标测量机是现代加工自动化系统中的测量设备。三坐标测量机的作用：可以在计算机控制的制造系统中直接利用CAD/CAM系统中的编程信息对工件进行测量和检验，构成设计一制造一检验集成系统，能在工件加工、装配的前、后或过程中给出检测信息并进行在线反馈处理。河洋丈与Hohai university机电工程学院(1)CMM的组成三坐标测量机由机械系统和电子系统两大部分组成。机械系统：一般由三个正交的直线运动轴构成。 x向导轨系统装在工作台上； Y向导轨系统是移动桥架横梁； Z向导轨系统装在中央滑架内。机电工程学院河

16、洋大？ Hohai university(1)CMM的组成 三个方向轴上均装有光栅尺用以度量各轴位移值。 人工驱动的手轮及机动、数控驱动的电机一般都在各轴附近。 用来触测被检测零件表面的测头装在z轴端部。Hohai university机电工程学院河洋丈与(1)CMM的组成电子系统：一般由光栅计数系统、测头信号接口和计算机等组成.用于获得被测坐标点数据，并对数据进行处理。Hohai university机电工程学院（2）CMM的工作原理三坐标测量机是基于坐标测量的通用化数字测量设备。原理：通过探测传感器（测头）与测量空间轴线运动的配合，对被测几何元素进行离散的空间点坐标的获取；通过相应的数学计

17、算定义，完成对所测得点（点群）的拟合计算，还原出被测的几何元素；进行其与理论值（名义值）之间的偏差计算与后续评估，从而完成对被测零件的检验工作。Hohai university机电工程学院36几何量数字测量的功能直线平面圆圆柱圆辘俅点空间曲线空间曲面常规几何元素特定几何元素理论值尺寸公差评价方法影位公差测量报告测tt J更II常用测量方法Hohai university机电工程学院例测限项II例河障大?（四）工作台早期的三坐标测量机的工作台一般是由铸铁或铸，制成的，但近年来，各生产厂家已广泛采用花岗岩来制造工作台，这是因为花岗岩变形小、稳定性好、耐磨损、不生锈，且价格低廉、易于加工。有些测量机

18、装有可升降的工作台，以扩大z轴的测量范围，还有些测量机备有旋转工作台，以扩大测量功能。河洛大专Hohai university机电工程学院（五）导轨导轨是测量机的导向装置，直接影响测量机的精度,因而要求其具有较高的直线性精度。在三坐标测量机常用的为滑动导轨和气浮导轨，目前,多数三坐标测量机已采用空气静压导轨（又称为气浮导轨、气垫导轨），它具有许多优点，如制造简单、精度高、摩擦力极小、工作平稳等。Hohai university机电工程学院三坐标测量机的测量系统三坐标测量机的测量系统由标尺系统和测头系统构成,它们是三坐标测量机的关键组成部分，决定着CMM测量精度的高低。 标尺系统 标尺系统是用来

19、度量各轴的坐标数值的。 标尺系统种类按其性质可以分为： 机械式标尺系统（如精密丝杠加微分鼓轮，精密齿条及齿轮，滚动直尺）、 光学式标尺系统（如光学读数刻线尺，光学编码器，光栅,激光干涉仪） 电气式标尺系统（如感应同步器，磁栅）。©河洋大学Hohai university机电工程学院Hohaiuniversity机电工程学院Hohai university机电工程学院测头系统 (1)测头三坐标测量机是用测头来拾取信号的，因而测头的性能直接影响测量精度和测量效率，没有先进的测头就无法充分发挥测量机的功能。 分类：按结构原理：机械式、光学式和电气式等；按测量方法：接触式和非接触式两类。Ho

20、hai university机电工程学院测量机原理接触式三坐标测量机的原理是：将被测件置于三坐标的测量空间之内，测出接触点处的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经过计算可以求出被测件的几何尺寸、形状及位置。 基本结构接触式三坐标测量机的基本结构可分为主机、测头、电气系统三大部分。河洋大学 Hohai university机电工程学院1）主机（1）主机的构造框架结构；标尺系统；导轨；驱动装置；平衡部件；转台与附件。（2）主机的结构形式与材料三坐标测量机主机的结构形式可归纳为七大类：桥框式、悬臂式和龙门式，这三类即称为三坐标测量机;由锋床演变而来的立柱式和卧链式，通常称这两类为万能测量机(UniversalMeasuringMachine,UMM)；由测量显微镜演变而来的仪器台式，又称三坐标测量仪；以及根据极坐标原理制成的极坐标式等。结构材料主要有:铸铁、钢、花岗石、陶瓷和铝。河洋大学Hohai university机电工程学院图5-7移动桥式三坐嫁我京机图68明定桥式三坐标测盘机阳"9 龙门式三啜标负量挑国5-10水平仪式三缥怔机©河洛大?Hohai university机电工程学院(3)标尺系统标尺