10-11机械制造自动化技术-检测过程自动化.pptx

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1、检测过程自动化检测过程自动化12 主主要要介介绍绍机机械械加加工工过过程程中中检检测测技技术术的的基基本本概概念念、分分类类、检检测测方方法法和和常常用用的的检检测测装装置置，重重点点讲讲工工件件、刀刀具具及及加加工工设设备备对对加加工工后后的的工工件件进进行行检检测测，刀刀具具及及加加工工设设备备等等常常用用的的自自动动识识别别技技术术和自动化检测技术。和自动化检测技术。机械制造系统？机械加工系统？从从概概念念包包含含的的范范围围看看，机机械械加加工工系系统统是是机机械械制制造造系系统统的的子子系统。系统。本章主要介绍的是机械加工阶段相关检测技术。本章主要介绍的是机械加工阶段相关检测技术。一

2、、制造过程的检测技术3 机械加工系统在不同的生产条件下，通过自身的定位装夹、运动、控制以及能量供给等机构，按不同的工艺要求实现将毛坯或原材料加工成零件或产品。图 6-1 机械加工系统的基本概念 要把握住加工过程中各种有价值的数据信息，才能实现被加工工件的质量控制、加工工艺过程的监测、加工过程的优化以及设备的正常运行。一、制造过程的检测技术4 机械加工系统在不同的生产条件下，通过自身的定位装夹、运动、控制以及能量供给等机构，按不同的工艺要求实现将毛坯或原材料加工成零件或产品。图 6-1 机械加工系统的基本概念 要把握住加工过程中各种有价值的数据信息，才能实现被加工工件的质量控制、加工工艺过程的监

3、测、加工过程的优化以及设备的正常运行。5l对对加加工工后后的的工工件件进进行行检检测测，仅仅能能起起到到剔剔除除废废品品的的作作用用，因此因此检测过程检测过程是是被动的被动的；l对对加加工工中中的的工工件件进进行行检检测测，并并根根据据检检测测结结果果通通过过控控制制系系统统对对加加工工过过程程进进行行控控制制，这这种种方方式式能能防防止止废废品品的的产产生生，检测过程是检测过程是主动的主动的；l如如果果进进一一步步对对测测得得的的加加工工过过程程参参数数进进行行优优化化，并并校校正正机机床床系系统统，就能实现自适应控制。就能实现自适应控制。6 检测方法直接测量与间接测量接触测量和非接触测量

4、在线测量和离线测量直接测量：直接测量：测量时，直接从测量器具上读出被测几测量时，直接从测量器具上读出被测几 何量的大小值何量的大小值，测量过程迅速，应用广泛。，测量过程迅速，应用广泛。间接测量间接测量：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数学关系式进行计算来求得被测几何量的尺寸值 。谁的测量误差大？7l接触式检验。接触式检验。测量器具的测量头直接与被测对象的测量器具的测量头直接与被测对象的表面接触，表面接触，工件被测参数的变化，直

5、接反映在量杆工件被测参数的变化，直接反映在量杆的移动量上。的移动量上。l 非接触式检验。非接触式检验。测量器具的测量头不与被测对象表测量器具的测量头不与被测对象表面接触面接触，而是借助电磁感应、气压，光束或放射性而是借助电磁感应、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，这种测量方式，没有因为测头与被测对象接触发生没有因为测头与被测对象接触发生磨损而产生的误差磨损而产生的误差，故在现代制造系统中，具有明，故在现代制造系统中，具有明显的显的优越性优越性。8l在线测量在线测量：在在加工过程加工过程或或加工系统运行过程加工系

6、统运行过程中对被中对被测对象进行检测。通常还得对测得数据进行分析处测对象进行检测。通常还得对测得数据进行分析处理，再反馈控制系统调整加工过程理，再反馈控制系统调整加工过程，可实现自动化可实现自动化测量。测量。l离线测量：离线测量：在被测对象加工后脱离加工系统在进行在被测对象加工后脱离加工系统在进行检测。检测。需人工干预需人工干预将测量结果输入控制系统，以调将测量结果输入控制系统，以调整后续加工过程。整后续加工过程。9直接测量间接测量接触式测量非接触式测量在线测量离线测量直接测量误差小非接触测量精度高在线监测可实现自动检测与监控10 检测装置检测对象不同，检测要素不同，检测手段不同，检测装置也不

7、同针对产品产品的检测针对加工设备加工设备的检测尺寸（精度）、形状（精度）、表面粗糙度等测谁的信息？谁的哪方面的信息？谁去测？刀具磨损量、温升、振动、变形等人工检测自动检测人人工工检检测测：是是人人操操作作检检测测工工具具，收收集集分分析析数数据据信信息息（离离线线检检测测），为为产产品品质质量量控控制提供依据制提供依据；但产品结构越来越复杂、产品周期要求越来越短，人工检测在检测精度但产品结构越来越复杂、产品周期要求越来越短，人工检测在检测精度 及效率方面已不能满足现代化生产要求。及效率方面已不能满足现代化生产要求。自自动动检检测测：是是借借助助于于各各种种自自动动化化检检测测装装置置和和检检测

8、测技技术术（可可在在线线监监测测），自自动地灵敏地反映被测工件及设备的参数，为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控制系统提供必要的数据信息。11 检测装置自动检测装置的检测范围l从从制制品品（零零件件、部部件件和和产产品品）的的尺尺寸寸、形形状状、缺缺陷陷等等的的静静态检测态检测，到，到成品成品生产过程各阶段上的质量控制生产过程各阶段上的质量控制；l从从对对各各种种工工艺艺过过程程及及其其设设备备的的调调节节与与控控制制，到到实实现现最最佳佳条条件的自动生产件的自动生产，其中每一方面都离不开自动检测技术。，其中每一方面都离不开自动检测技术。自动化检测的优点：检测时

9、间短并可与加工时间重合，使生产率进一步提高；排除检测中人为的观测误差和操作水平的影响；迅速及时地提供产品质量信息和有价值的数据，以便对加工系统中工艺参数及时进行调整，为加工过程的实时控制提供了条件。12 检测装置自动检测装置l用于工件的尺寸、形状检测用的定尺寸检测装置：用于工件的尺寸、形状检测用的定尺寸检测装置：三三坐坐标标测测量量机机、激激光光测测径径仪仪以以及及气气动动测测微微仪仪、电电动动测微仪和采用电涡流方式的检测装置；测微仪和采用电涡流方式的检测装置；l用于工件表面粗糙度检测：用于工件表面粗糙度检测：表面轮廓仪；表面轮廓仪；l用用于于刀刀具具磨磨损损或或破破损损监监测测的的：噪噪声声

10、频频谱谱、红红外外发发射射、探针测量等测量装置；探针测量等测量装置；l它它们们的的主主要要作作用用就就在在于于全全面面地地、快快速速地地获获得得有有关关产产品质量的信息和数据。品质量的信息和数据。13 自动检测的类型1产品精度检测（被动检测）产品精度检测（被动检测）产品精度检测是在工件加工完成后，按验收的技术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（条件进行验收和分组（1分为合格品与废品；分为合格品与废品；2合格合格品分组）。品分组）。这种检验只能发现废品，不能预防废品这种检验只能发现废品，不能预防废品的产生的产生。2工艺过程精度检测（主动检测）工艺过程精度检测（主动检测

11、）检测对象一般是加工设备和生产工艺过程。检测对象一般是加工设备和生产工艺过程。目的：目的：预防废品的产生，从工艺上保证所需的精度预防废品的产生，从工艺上保证所需的精度。14二、工件尺寸的自动测量工工件件尺尺寸寸精精度度是是直直接接反反映映产产品品质质量量的的指指标标，因因此此在在许许多多自自动动化化制制造造中中都都采采用用自自动动测测量量工工件件的的方方法来保证产品质量和系统的正常运行法来保证产品质量和系统的正常运行。u检测方法检测方法 检检测测方方法法按按其其在在制制造造系系统统中中所所处处的的位位置置可可以以分分为：为：1.离线检测离线检测2.在线检测在线检测151.离线检测离线检测 在在

12、自自动动化化制制造造系系统统生生产产线线以以外外进进行行检检测测（其其检检测测手手段段可可以以是是人人工工或或自自动动），其其检检测测周周期期长长，难难以以及及时时反馈质量信息。反馈质量信息。2.在线检测在线检测分为分为工序间检测工序间检测与与最终工序检测最终工序检测。工工序序间间检检测测可可实实现现加加工工精精度度的的在在线线检检测测及及实实时时补补偿偿。（可可在在后后续续加加工工工工序序中中进进行行补补偿偿，以以保保证证此此产产品品的的尺尺寸精度）。寸精度）。最最终终工工序序检检测测对对已已加加工工完完成成的的产产品品进进行行检检测测，找找出出误误差差产产生生的的原原因因，调调整整加加工工

13、过过程程。（以以保保证证下下一一个个产产品品的尺寸精度）的尺寸精度）16p工件尺寸、形状工件尺寸、形状的在线测量是机械加工中很重要的功能。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：工件的工件的尺寸和形状误差分为：随机误差和系统误差。随机误差和系统误差。随机误差：随机误差：随机误差是由很多暂时未知的微小因素未知的微小因素所构成，这些因素在测量过程中相互交错、随机变化，以不可预知方式综合地影响测量结果。就个体而言是不确定的，但对其总体（大量个体的总和）服从一定的统计规律服从一定的统计规律，因此可以用统计方法分析其对测量结果的影响。（每一次测量中，随机误差的大小和方向不每一

14、次测量中，随机误差的大小和方向不定定）随机误差是测量结果与在重复性条件下，对同一被测量进行无随机误差是测量结果与在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值之差。限多次测量所得结果的平均值之差。17 系统误差：系统误差：系统误差的产生一般与测量仪器或装置本身测量仪器或装置本身的准确度有关；与测量者本身的状况及测量时的外界条件测量者本身的状况及测量时的外界条件有关。系统误差是在重复性条件下，对同一被测量进行无穷多次测量所得同一被测量进行无穷多次测量所得结果的平均值与被测量真值之差结果的平均值与被测量真值之差。（在相同测量条件下、重复测量所得测量结果总是偏大或偏小且误差数值一定或按

15、一定规律变化）自动检测过程中，应检测哪种误差？自动检测过程中，应检测哪种误差？系统误差系统误差系统误差包括哪些？系统误差包括哪些？18影响加工尺寸的因素影响加工尺寸的因素一般说来有以下几种原因：一般说来有以下几种原因：1、切削热引起切削热引起刀具的伸长刀具的伸长，使得，使得加工加工尺寸与理论尺寸有差别尺寸与理论尺寸有差别；2、切、切削热引起削热引起工件的膨胀工件的膨胀；3、机床主轴、工件和刀具系统在机床主轴、工件和刀具系统在受切受切削力和切削热作用下削力和切削热作用下的的动态变形动态变形；4、刀具磨损刀具磨损对加工精度的影响对加工精度的影响。5、机床导轨的几何精度。、机床导轨的几何精度。实实时

16、时在在线线测测量量 19u磨床的专用自动检测装置磨床的专用自动检测装置 图中机床、执行机构与测量装置构成一个闭环系统。在机床加工工件的同时，自动测量头对工件进行测量，将测得的工件尺寸变化量经信号转换放大器，转换成相应的电信号并经过放大后返回机床控制系统，控制机床的执行机构，从而控制加工过程（如刀具补偿、停车等）。图 6-4 磨削加工中自动测量原理方框图 20u三坐标测量机三坐标测量机 三坐标测量机（三坐标测量机（Coordinate Measuring Machining，简称，简称CMM）又称计算机数控三坐标测量机，是一种新型高效的）又称计算机数控三坐标测量机，是一种新型高效的精精密测量仪器

17、密测量仪器。现代现代CMM不仅能不仅能在计算机控制下完成各种复杂在计算机控制下完成各种复杂测量（工件尺寸误差、复杂轮廓形状误差）测量（工件尺寸误差、复杂轮廓形状误差），而且可以，而且可以通过与通过与数控机床交换信息，实现对加工的控制。数控机床交换信息，实现对加工的控制。图 6-6 悬臂式三坐标测量机的示意结构 组成工作台、三维测量头、坐标位移测量装置和计算机数控装置等组成。21u三坐标测量机三坐标测量机使用加工前测量和加工后测量两种 加工前测量的主要目的是测量毛坯尺寸是否过大或过小，毛坯在托盘上的安装位置是否正确。加工后测量是测量加工完的零件的加工部位的尺寸和相互位置精度，再送至装配工序或线上

18、其它加工工序。检测装置独立于机床，检测装置独立于机床，工件需在机床与检测工件需在机床与检测装置之间运输装置之间运输22u三坐标测量机三坐标测量机测量在数控程序的控制下，三维测头沿被测工件表面移动，移动过程中，测头及光学的或感应式的测量系统将工件的尺寸记录下来，计算机根据记录的测量结果，按给定的坐标系统计算被测尺寸。使用要求（对环境的要求）由于它的测量精度及可靠性与周围环境的稳定性有关，故其对使用环境要求较高。CMM必须安装在恒温的环境中，并要防止敞露的表面和关键部位收到污染。23u三维测头的使用三维测头的使用使用三维测头可装在数控机床（加工中心）上使用，而无需将工件从机床上运输至CMM进行测量

19、，以减少工件来回和等待的时间，减少设备购入。三维测头平时可安放于刀库中，使用时取出装入主轴孔中。工件经过高压切削液冲洗，并用压缩空气吹干后进行检测。24u三维测头的使用三维测头的使用图 6-7 数控机床的三维测头 图 6-8 三维测头自动测量系统原理 测头的测量杆接触工件表面后，通过感应式或红外传送式传感器将信号发送到接受器，然后送给机床控制器，计算机控制系统根据位置检测装置的反馈数据得知接触点的位置坐标，通过相关软件进行计算和处理，达到不同的测量目的。25u激光测径仪激光测径仪使用常用在钢管、钢棒的热轧生产线中测量工件的外径。能用于轧制时的高温、振动大的恶劣环境。图6-9 激光测径仪原理图

20、工作原理氦氖激光器产生的光束经过平面镜反射到多面棱镜W上，当同步电动机M带动多面棱镜旋转后，激光束通过透镜L4称为平行扫描光束。平行扫描光束经过透镜L5后聚焦到光敏二极管V上。26u激光测径仪激光测径仪l如果透镜L4与透镜L5之间没有被测的钢管，那么光敏二极管接收到的信号是一个方波脉冲，如6-10（a）。脉冲宽度T与同步电机的转速、透镜L4的焦距多面棱镜的结构有关。l若有被测件，则波形如6-10（b），其中脉冲宽度T与被测件的尺寸（钢管的直径）成正比。图 6-10 激光测径仪波形图 图6-9 激光测径仪原理图 27u机器人辅助测量机器人辅助测量机器人测量具有在线、灵活、高效等特点，特别适合自动

21、化制造系统中的工序间和过程测量。机器人辅助测量分为直接测量和间接测量：直接测量称为绝对测量，它要求机器人具有较高的运动精度和定位精度，因此造价也较高；间接测量也称为辅助测量，特点是测量过程中机器人坐标运动不参与测量过程，它的任务是模拟人的动作将测量工具或传感器送至测量位置。图 6-11 机器人辅助测量 28磨床专用自动测量装置三坐标测量机三维测头激光测径仪机器人辅助测量l工件尺寸的自动检测l工件的圆度、垂直度的自动检测相关技术还没有达到实用程度。29加工过程的自动在线检测和补偿u自动在线检测自动在线检测定义指在设备运行、生产不停顿的情况下，根据信号处理的基本原理，跟踪并掌握设备的当前运行状态，

22、预测未来的状况并根据出现的情况对生产线进行必要的调整。分类（检测范围与深度不同）自动检测：即加工中测量仪与机床、刀具、工件等设备组成闭环系统。检测工件尺寸的变化量。机床监测：即对加工设备状态进行监视。通过传感元件监测有关机床、产品及加工过程的信息。自适应控制：指加工系统能自动适应客观条件的变化而进行相应的自我调节。30实现在线检测的方法一种可采用在机床上安装自动检测装置；另一种可采用在自动线中设置自动检测工位的方法。自动化单机可在机床上安装自动尺寸检测装置与自动补偿装置。可组成自动线也具有自动检测与补偿功能。组合机床自动线/专用机床自动线在自动线中适当的位置设置自动检测工位，由人工对自动线进行

23、调整。31加工过程的自动在线检测和补偿u自动补偿自动补偿对对一一些些采采用用调调整整法法进进行行加加工工的的机机床床，工工件件的的尺尺寸寸精精度度主主要要取决于取决于机床本身的精度机床本身的精度和和调整精度调整精度。当当工工件件的的精精度度要要求求较较高高，而而切切削削工工具具磨磨损损较较快快时时，则则机机床床工作时间不长，工件的尺寸精度就会显著下降。工作时间不长，工件的尺寸精度就会显著下降。p刀刀具具磨磨损损是是直直接接影影响响被被加加工工工工件件尺尺寸寸精精度度的的因因素素。如如要要保保持持工工件件的的加加工工精精度度就就必必须须经经常常停停机机调调刀刀，又又会会影影响加工效率。响加工效率

24、。p必必须须采采取取措措施施来来解解决决加加工工中中工工件件的的自自动动测测量量和和刀刀具的自动补偿问题。具的自动补偿问题。刀具处于正常磨损状态32加工过程的自动在线检测和补偿u自动补偿自动补偿所谓补偿，是指在两次换刀之间进行的刀具多次微量调整，以补偿刀刃因磨损对工件加工尺寸带来的影响。图 6-12 自动补偿的基本过程1-工件 2-测量装置 3-信号转换、放大装置 4-控制线路5-机床 6-控制线路 7-分类机 8-合格 补偿原理机床5加工后的零件送至检测装置2处检测，若工件尺寸超过一定值，检测装置产生补偿信号，经3、4后操纵机床5上的自动补偿装置使刀具按指定值做补偿运动。当出现的废品超过规定

25、数值，控制线路6使机床停止工作。33补偿量的大小取决于工件的精度要求。补偿量愈小，获得的补偿精度就愈高，工件尺寸的分散范围也愈小（公差带宽度越小），对补偿执行机构的灵敏度要求也愈高。由于补偿是滞后的，即对已加工的零件进行测量和发出补偿信号避免下一个零件成为废品，故不能当工件尺寸到达极限尺寸才发出补偿信号，需在公差带的上下限处建立警告界限。图 6-13 被加工工件的尺寸分布与补偿 轴孔34三、刀具状态的自动识别与监测在机械加工过程中最为常见的故障便是刀具状态的变化。u刀具状态的自动识别刀具状态的自动识别刀具状态的自动识别指对刀具切削状态的识别。主要是在加工过程中能在线识别出切削状态（刀具磨损、破

26、损、切屑缠绕以及切削颤振等）。u常用的识别刀具状态的方法（1）功率检测刀具切削过程中，通过测量主轴电动机负载来识别刀具的磨损状态。因为发生磨损的刀具所消耗的功率比正常刀具大，如果功率消耗超过预定值，则说明刀具磨损严重，需换刀。刀具装在主轴上35三、刀具状态的自动识别与监测u常用的识别刀具状态的方法（3）声发射检测 切削过程中会发出超声波脉冲，而磨损严重的刀具所发出的声波强度比正常值高37倍。如果通过声发射检测方式检测到声波强度迅速增强，表明刀具磨损严重，需换刀。（4）学习模式需运用神经网络相关算法，建立神经元网络模型，通过先前获得的数据，对神经网络进行训练，当系统具有一定的判断力后，再将其用于

27、实际刀具状态识别中。（2）力检测通常检测作用在主轴或滚珠丝杠上力的大小，获取切削力或进给力的大小，如果大于设定值，则判断刀具磨损，需换刀。36u钻头磨损状态自动识别案例钻头磨损状态自动识别案例通过检测电动机电流信号来识别刀具磨损状态。依据对钻头磨损量的分类，建立在不同刀具磨损类别下的数学模型，用来描述电流与刀具磨损状态的关系。应用中，通过检测电流值的大小，识别刀具的磨损状态。电流信号不仅与刀具磨损有关，与切削参数、加工材料、刀具材料也密切相关。需建立刀具磨损状态与电流信号之间的关系。需用到神经网络模型、模糊数学、回归分析等数学知识建立钻削过程中电流信号与刀具磨损状态的识别模型。检测何信息？电流

28、信号与刀具磨损量的关系？37u钻头磨损状态自动识别案例钻头磨损状态自动识别案例1.钻头磨损状态划分 根据钻削过程的要求，把刀具磨损量分为A、B、C三类，各类的平均磨损量分别为：0.2mm、0.5mm、0.8mm。2.电流信号模型 电流信号I与切削速度v、进给量f、刀具直径d、刀具磨损量w相关，当使用新的切削刃时 图 6-14 钻削电流神经网络模型 主轴电流幅值进给电流幅值38u钻头磨损状态自动识别案例钻头磨损状态自动识别案例对应的A/B/C类刀具磨损量建立电流神经网络数学模型。图 6-14 钻削电流神经网络模型 主轴电流幅值进给电流幅值若已知切削速度v、进给量f、刀具直径d（在当前的刀具磨损量

29、下w），会有一组对应的电流值（通过神经网络算法获得）将其与实际所测的电流值比较，其贴近程度反映刀具磨损属于何类。39u刀具状态监测刀具状态监测刀具的监测技术与刀具的状态识别技术是紧密相连的。刀具的监测建立在刀具的状态识别基础之上。刀具状态监测技术强调用什么方法，装置（过程）表6-1/6-2刀具状态识别强调结果（刀具状态是好是坏，处于什么程度）刀具状态监测实际应用方法 直接测量法：就是直接检测刀具的磨损量，并通过控制系统控制补偿机构进行相应的补偿，保证各加工表面应具有的尺寸精度。刀具状态识别与状态监测之间的关系？不易测量，常需停机测量40刀具状态监测实际应用方法 间接测量法：刀具的磨损区往往很难

30、直接测到，常常通过测量切削力、切削力矩、切削温度、振动参数、噪声和加工表面的粗糙度等来判断磨损程度。p根据根据切削力的变化判别刀具的磨损程度的。切削力的变化判别刀具的磨损程度的。p对于对于加工中心而言测量装置是无法装在刀具上，加工中心而言测量装置是无法装在刀具上，一般情况下，一般情况下，就装在主轴的轴承上，这种轴承称就装在主轴的轴承上，这种轴承称为测力轴承。通过测量测力轴承的受力情况来确为测力轴承。通过测量测力轴承的受力情况来确定刀具的磨损情况定刀具的磨损情况。u刀具状态监测刀具状态监测41u刀具的自动监控刀具的自动监控刀具的自动监控主要集中在刀具寿命、刀具磨损、刀具破损以及其他形式的刀具故障

31、等方面。采用刀具监控技术后，可减少75%的由人和技术因素引起的故障停机时间。刀具寿命自动监控 通过对刀具加工时间的累计，直接监控刀具的寿命。当累计时间达到预定刀具寿命时，发出换刀信号；提前计算出刀具寿命内可加工的工件数，通过计工件数来实现刀具寿命监控（加工同一种工件）；。42u刀具的自动监控刀具的自动监控刀具磨损、破损的自动监控 切削力、扭矩、振动、声发射（AE）、激光（表面粗糙度）图 6-17 刀具磨损振动监测系统原理图1-工件 2-加速度计 3-刀架 4-车刀刀架的垂直方向（敏感方向）上安装加速度传感器获取振动信号，经放大、滤波及转换处理后，用计算机进行分析比较，当判别刀具磨损的振动特征量

32、超过允许值，控制器发出换刀信号。43u刀具的自动监控刀具的自动监控刀具磨损、破损的自动监控 切削力、扭矩、振动、声发射（AE）、激光（表面粗糙度）声发射传感器安装在工作台上接收声音信号，若钻头发生破损，所接收到的钻头的声音信号异常、机床控制器发出换刀信号。图 6-18声发射钻头破损监测装置原理图 刀具磨损时的声发射值主要取决于刀具破损面的大小，与切削条件关系不大，故应用广泛，既可用于车刀、铣刀等较大的刀具的监测，也可用于小刀具如小钻头的监测。44轻松一刻神奇的拆迁机器人45一一 填空题（共填空题（共5题）题）1.制造过程的检测技术就是采用 手段、通过各种 装置为控制 等提供必要的参数和数据。2

33、.接触测量时测量器具的直接与被测对象的 接触，测量头的 直接反映被测参数的变化。3.针对产品的检测要素包括 、等。4.产品精度检测是在工件 后，按验收的技术条件进行验收和分组。在自动检测中，能自动将工件分为 。但这种检测方法只能 废品，不能 废品的产生。5.工艺过程精度检测可以预防废品的产生，所以这种检测方法也称为 。这种检测的对象一般是 。四、加工设备的自动监测46监控系统的组成 自动化加工监控系统主要由信号检测、特征提取、状态识别、决策和控制等四个部分组成。图6-19 加工过程监控系统一般结构（1）信号检测：监控系统的首要步骤，加工过程中产生的信号类型各异，从不同角度反映加工状态的变化。信

34、号需要用相应的传感器获取。（2）特征提取：对检测信号进行进一步处理，从大量检测信号中提取出与加工状态变化相关的特征参数。四、加工设备的自动监测47监控系统的组成 自动化加工监控系统主要由信号检测、特征提取、状态识别、决策和控制等四个部分组成。图6-19 加工过程监控系统一般结构（3）状态识别：通过建立合理的识别模型，根据所获取加工状态的特征参数对加工过程的状态进行分类判断。（4）决策与控制：根据状态识别的结果，在决策模型指导下对加工状态中出现的故障做出判决，并进行相应的控制和调整。48对监控系统的要求 对加工过程、机床及刀具状况进行监控，是自动化监控系统的三个主要任务。各任务除了要选好状态变量

35、之外，还必须满足以下要求：（1）加工过程往往需要监控多个状态变量，仅监控一个状态变量是不够的。（2）由于自动化加工系统本身的加工特性，必须监测振动情况，在多轴加工的情况下，还必须选择观测方向。（3）系统中必须采用相应的识别控制程序对加工过程出现的异常状态进行识别。（4）由于交换部件、刀具的数量大、控制程序长，因此，必须监测加工过程的初始条件。49加工设备的故障诊断监控的目标检测并诊断故障（检测相应的信号，根据信号做出设备运行状态的判断）。诊断的定义所谓诊断就是对设备的运行状态做出判断。加工设备的自动监控与诊断包括四方面内容：（1）状态量的监测：就是用适当的传感器实时监测设备运行状态是否正常的状

36、态参数。（信号检测）（2）加工设备运行异常的判别：是将状态量的测量数据进行适当的信息处理，判断是否出现设备异常的信号。（特征提取）（3）设备故障原因的识别：找出加工设备发生故障的地点及原因（设备的哪个部分出现故障，因为什么而发生故障），这是故障诊断中最难，最耗时的工作。（状态识别）建立在对加工设备的自动监控基础之上的50加工设备的故障诊断监控的目标检测并诊断故障（检测相应的信号，根据信号做出设备运行状态的判断）。诊断的定义所谓诊断就是对设备的运行状态做出判断。加工设备的自动监控与诊断包括四方面内容：（4）控制决策 找出故障发生的地点及原因后，就要对设备进行检修，排除故障，保证设备能够正常工作。

37、建立在对加工设备的自动监控基础之上的 状态监测是故障诊断的基础，故障诊断是对监测结果的状态监测是故障诊断的基础，故障诊断是对监测结果的进一步分析和处理，而控制决策是在监测和诊断基础上进一步分析和处理，而控制决策是在监测和诊断基础上做出的。因此，三者之间必须紧密集成在一起。做出的。因此，三者之间必须紧密集成在一起。51加工设备的故障诊断用于设备状态监测的振动监测法和油料监测法：（1）振动监测法 通过对某结构的固有特征参数（固有频率、阻尼比、模态）的监测，来实现对设备的状态监测。振动传感器安装在设备上时，需安装在其振动敏感的方向上。刀具的受力方向，90外圆车刀车外圆时？面铣刀铣端面时？建立在对加工

38、设备的自动监控基础之上的52用于设备状态监测的振动监测法和油料监测法：（2）油料监测法 润滑油在机械设备中循环流动时必然携带设备零部件运行状态的大量信息，这些信息可提供有关零件磨损的类型、程度以及及其剩余寿命的信息。油样的分析过程包括采样、监测、诊断、预测与处理五个步骤。通常采用的分析方法有油样光谱分析法（SOAP）、铁谱分析法、润滑油铁粉浓度分析法。SOAP法 对于油内的某种磨损材料的浓度，可以用辐射光谱分析仪或原子吸收光谱分析仪来测定，这两种仪器都是利用油液中所含元素的原子吸收/发出辐射能，进行光谱分析来确定其含量。53铁谱分析法 磨粒的类别和数量的多少及增加的速度与摩擦面材料的磨损程度及

39、磨损速度有直接的关系；而磨粒的形态、颜色及尺寸等则与磨损类型、磨损进程有密切关系。因此铁谱分析法在判断磨损故障的部位、严重程度、发展趋势及产生的原因等方面能发挥全面的作用。怎么做？用铁谱仪把混于润滑油中的用铁谱仪把混于润滑油中的磨粒分离出来磨粒分离出来，并，并按其尺寸大按其尺寸大小小依次、不重叠地依次、不重叠地沉淀到沉淀到一块透明的一块透明的基片上基片上（即制作谱片）（即制作谱片），在显微镜下观察在显微镜下观察，以进行定性分析（指对磨粒的形态特，以进行定性分析（指对磨粒的形态特征、尺寸大小及其差异等表面形貌及成分进行监测和分析）征、尺寸大小及其差异等表面形貌及成分进行监测和分析）。利用利用加装

40、在铁谱显微镜上的加装在铁谱显微镜上的光密度计光密度计，还可以对谱片上，还可以对谱片上大小磨粒的相对含量大小磨粒的相对含量进行定量分析进行定量分析，也可，也可用计算机用计算机对磨屑对磨屑进行图像处理进行图像处理，以获取磨屑的有关参数，以获取磨屑的有关参数。54润滑油铁粉浓度分析 通过检测分析润滑油中金属磨粒的含量（浓度）来评价零部件的磨损程度。常用来分析轴承、齿轮、油缸的磨损程度。55简述题（共简述题（共2题）题）1.加工设备监控系统由哪几部分组成？每部分的作用是什么？2.加工设备的自动监控与故障诊断主要包括哪几部分内容？五、相关检测技术56无损探伤检测技术 就是在不破坏或损伤原材料和工件等受检

41、对象的前提下，测定和评价物质内部或外表的物理和力学性能。应用形式 一是在生产过程中的无损检测，它可以剔除每道生产工序中的不合格产品，并把检测结果反馈到生产工艺中去，指导和改进生产，监督产品的质量。二是用于成品的质量控制，即用于出厂前的成品检验和用户验收检验。三是在产品使用过程中的检测，即维护检验。57常见的几种无损探伤检测手段（光、电、声、磁）1.磁粉探伤检测 磁粉探伤检测是通过铁磁性材料的磁性变化来探测铁磁性材料工件表面和近表面是否有缺陷的一种无损检测方法。适用场合适用于检测铁磁性材料及其合金，主要是铁、钴、镍及其合金。见表6-3。检测原理基于通电导体周围产生磁场时的电磁感应现象在检测中的应

42、用。图 6-20 磁粉探伤原理 58常见的几种无损探伤检测手段（光、电、声、磁）1.磁粉探伤检测图 6-20 磁粉探伤原理 将工件置于磁场中进行磁化，工件无缺陷的部分磁力线分布均匀；将工件有缺陷，缺陷处磁阻大（磁导率小），此处的磁力线发生弯曲；若工件的缺陷在近表面处，有一部分磁力线弯曲而暴露在空气中，形成漏磁场（比实际缺陷宽很多）。若在工件表面撒上导磁率很高（磁阻很小）的磁粉，则磁粉会被漏磁场吸住而聚集形成磁痕（比真实缺陷宽很多），从而暴露出工件缺陷位置。若缺陷很深，能被探测出吗？每个工件必须进行纵、横两个方向的磁化与检测缺陷与磁力线垂直时更容易被检测出。591.磁粉探伤检测磁粉探伤的优点显示

43、直观，磁痕一般比裂纹尺寸大，易于观察；探测灵敏度高，最小缺陷宽度可达0.1微米；适应性好，对于几何形状复杂的工件，可以采用不同的磁化方法，对工件进行有效的全面检查；设备简单，成本低，操作方便，效率高。磁粉探伤的缺点只限于铁磁性材料的检查，主要包括碳钢、高强度合金钢、电工钢；只能够检查工件的表面及近表面缺陷；不能定量测出缺陷的深度；必须用人眼来观察，易造成操作人员的疲劳。60常见的几种无损探伤检测手段（光、电、声、磁）2.超声波探伤检测 超声波检测主要用于检测构件内部及表面的缺陷，或用于压力容器、管道壁厚的测量。检测时将探头放在被测件表面，探头或测试部位应涂耦合剂（水、油）以保证二者紧密接触，探

44、头向被测件发射纵波（垂直探伤）或横波（斜向探伤）并接受从缺陷处传回的反射波，由此对缺陷进行判断。当当探探头头与与钢钢试试件件之之间间存存在在空空气气时时，超超声声波波基基本本上上不不能能透透入入钢钢中中，采采用用机机油油为为耦耦合合剂剂时时，约有约有16%的发射声压进入钢中，已足够了。的发射声压进入钢中，已足够了。61常见的几种无损探伤检测手段（光、电、声、磁）2.超声波探伤检测超声波的特性超声波在介质中传播时，遇到界面会发生反射；超声波指向性好，频率愈高，指向性愈好；超声波传播能量大，对各种材料的穿透力强。超声波探伤检测特性（优点）对裂纹、夹层、折叠、未焊透等类型的缺陷具有很高的检测能力。可

45、探测厚度较大的材料，且具有检测速度快、费用低并能对缺陷进行定位和定量，对人体无害及对危害较大的平面缺陷的探测灵敏度高。62常见的几种无损探伤检测手段（光、电、声、磁）2.超声波探伤检测超声波检测局限（缺点）对于球状缺陷如气孔，假如气孔不是很大，或不太密集，就难以获得足够的回波。无法比较直观地判断缺陷的几何形状、尺寸和性质。超声波检测技术难度较大，其效果和可靠程度往往受到操作人员技术水平的影响。63根据超声波的波形、发送与接收的方式不同，超声探伤检测的方法有（1）共振法 用于检测工件厚度或探伤 检测工件厚度时，调整发射超声波的发射频率，改变发射到工件中的超声波波长，当工件的厚度是超声波半波长的整

46、数倍时，发射波与反射波相互叠加便产生共振，根据共振时谐波的阶数与超声波的波长，便可得出工件的厚度。（目前很少用）探伤时，超声波的频率等于被测工件的固有振荡频率，则会发生共振，被测工件内部如无缺陷，就能同超声波产生共振。反之如果内部有缺陷，就不能产生共振，或共振频率不一样。如果材料内部有缺陷，则缺陷与材料间必存在一界面，相当于改变了所要测量的材料的厚度，所以共振点转移，共振频率改变。64（2）穿透法 根据超声波穿透工件后的能量变化来判断共建内部有无缺陷。需两个探头，分别置于被测件相对的两个侧面，分别用于发射与接收超声波。若无缺陷，超声波穿透工件后衰弱较小，接收到的超声波信号较强；若有缺陷，超声波

47、在缺陷处反射、折射后穿透接受到的超声波信号弱，故根据接收到的超声波能量的大小可判断出缺陷的位置及大小。65根据超声波的波形、发送与接收的方式不同，超声探伤检测的方法有（3）脉冲反射法 应用最广泛的一种超声波检测法 超声波探头发射脉冲波（一定频率、一定时间间隔）到被检测工件内，通过观察示波器上来自内部缺陷或工件底面反射波的情况来对试件缺陷的大小及深度。缺陷回波法 底波高度法66常见的几种无损探伤检测手段（光、电、声、磁）3.射线探伤检测射线检测主要检查工件的内部缺陷探伤检测原理在射线检测中应用的射线主要是在射线检测中应用的射线主要是X X射线、射线、射射线和中子射线。线和中子射线。X X射线和射

48、线和射线属于电磁辐射，中子射线是中子束流。射线属于电磁辐射，中子射线是中子束流。由于他们属电中性，不会受到库伦场的影响而发生偏转，且贯穿物由于他们属电中性，不会受到库伦场的影响而发生偏转，且贯穿物质的本领较强，被广泛应用于无损检测。质的本领较强，被广泛应用于无损检测。在穿透物体的过程中受到的吸收和散射，而使得穿透后射线强度减弱。图 6-21 射线照相探伤法（1）照相法：用强度均匀的射线照射被检测的物体，把胶片显影后就可得到与材料内部结构和缺陷相对应的黑度不同的图像，即射线底片，通过对这种底片的观察来检验缺陷的种类、大小、分布状况等。有有气气孔孔，射射线线容容易易通通过过（影影像像更更黑黑）；有

49、有吸吸收射线的异物，则射线不易通过。收射线的异物，则射线不易通过。67 （2）电离检测法：X射线通过气体时，撞击气体分子使其中某些原子失去电子变成离子，产生电离电流。如果将透过试件的X射线通过电离室测量射线强度，就可以根据电离室内电离电流的大小来判断试件的完整性。这这种种方方法法对对缺缺陷陷性性质质的的判判别别较较困困难难，只只适适用用于于形形状状简简单单、表表面面工工整整的的工件，应用较少。工件，应用较少。图 6-22 电离探伤检测原理 68 （3）荧光屏直接观察法：将透过试件的射线投射到涂有荧光物质的荧光屏上时，在荧光屏上会激发出不同强度的荧光来，利用荧光屏上的可见影像直接辨认缺陷。这种方

50、法成本低，适用于形状简单、要求不严格的产品的检测。图 6-23 荧光屏观察法示意图 根据缺陷在底片上的影像，只能判定缺陷在根据缺陷在底片上的影像，只能判定缺陷在工件中的平面位置，也就是说，只能把缺陷工件中的平面位置，也就是说，只能把缺陷位置以两个坐标表示出来。为了确定第三个位置以两个坐标表示出来。为了确定第三个坐标，即决定缺陷所在位置的深度，必须进坐标，即决定缺陷所在位置的深度，必须进行两次不同方向的照射。行两次不同方向的照射。69射线探伤检测的优点：（1）对缺陷形象检测直观，对缺陷的尺寸和性质判断比较容易，便于分析处理。（2）射线照相底片可作为原始的资料长期保存。（3）利用图像处理技术可以实