汽车制造工艺与自动化检测过程自动化

1、第四章第四章 检测过程自动化检测过程自动化本章介绍加工过程中检测技术的基本概念，分类、本章介绍加工过程中检测技术的基本概念，分类、检测方法和常用的检测装置。检测方法和常用的检测装置。 重点：工件、刀具及加工设备等常用的自动识别重点：工件、刀具及加工设备等常用的自动识别技术和自动化检测技术及其发展方向。技术和自动化检测技术及其发展方向。第一节第一节 制造过程的检测技术制造过程的检测技术一、基本概念一、基本概念 1 1、制造过程的检测技术、制造过程的检测技术采用人工或自动的检测手段，通过各种检测工具或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自动

2、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。物理的。 2 2、监测与加工系统、监测与加工系统 在自动化制造系统的加工过程中，为了保证加工在自动化制造系统的加工过程中，为了保证加工质量和系统的正常运行，需要对系统运行状质量和系统的正常运行，需要对系统运行状态和加工过程态和加工过程进行检测与监控进行检测与监控. .检测监控系统的多级结构检测监控系统的多级结构自动化机械系统管理计算机检测监控子系统管理工作站其它子系统管理工作站其它子系统管理工作站检测监控单元 1计算机传感器1传感器n设备检测

3、基本单元检测监控单元 2计算机传感器1传感器n工具检测基本单元检测监控单元 3计算机传感器1传感器n物料检测基本单元检测监控单元 n计算机传感器1传感器n过程检测基本单元设备工具产品或零件过程自动化机械系统计算机网络计算机网络系统级工作站级单元级3 3、检测方法分类、检测方法分类检测方法按其在制造系统中所处位置可分为下列几检测方法按其在制造系统中所处位置可分为下列几种方式：种方式：(1) (1) 直接测量与间接测量直接测量与间接测量(2) (2) 接触测量和非接触测量接触测量和非接触测量 (3) (3) 在线测量和离线测量在线测量和离线测量 (4) (4) 总体和抽样检测总体和抽样检测 自动化

4、检测有如下优点：检测时间短并可与加工时自动化检测有如下优点：检测时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，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，这是人工检测所不能为加工过程的实时控制提供了条件，这是人工检测所不能胜任的。胜任的。 在机械加工中自动化检测方法有两种：在机械加工中自动化检测方法有两种： 1 1产品精度检测产品精度检测

5、 产品精度检测是在工件加工完成后，按验收的技术条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。件进行验收和分组。 2 2工艺过程精度检测工艺过程精度检测 工艺过程精度检测能预防废品的产生，从工艺上保证工艺过程精度检测能预防废品的产生，从工艺上保证所需的精度。所需的精度。 二、自动化检测方法二、自动化检测方法三、检测与监控所涉及的内容三、检测与监控所涉及的内容 1. 1. 机械系统自动化中的主要检测内容机械系统自动化中的主要检测内容 原材料、毛坯、零部件等的的检测原材料、毛坯、零部件等的的检测 工位状况的检测工位状况的检测 加工及装配过程的检测加工及装配过程的检测 设备工作状况

6、的检测设备工作状况的检测 材料、零件传送中的检测材料、零件传送中的检测 产品设备试验中的自动检测产品设备试验中的自动检测 整个系统的监视整个系统的监视 环境参数的检测与监控环境参数的检测与监控 系统的故障诊断与故障统计系统的故障诊断与故障统计 保证工作人员安全的监测保证工作人员安全的监测2 2检测信号的分类检测信号的分类热热 工：温度、流量、热量、真空度、比热等；工：温度、流量、热量、真空度、比热等；电工量：电压、电流、功率、电荷、频率、电阻、阻电工量：电压、电流、功率、电荷、频率、电阻、阻抗、磁场强度等；抗、磁场强度等；机械量：几何尺寸（位移、角度）、速度、加速度、机械量：几何尺寸（位移、角

7、度）、速度、加速度、应力、力矩、重量、振动、噪声、不平衡量、应力、力矩、重量、振动、噪声、不平衡量、质量参数（粗糙度、垂直度、平面度等）、质量参数（粗糙度、垂直度、平面度等）、外形、计数等；外形、计数等；成分量：气体、液体的各化学成分含量、浓度、密度、成分量：气体、液体的各化学成分含量、浓度、密度、比重等。比重等。一、检测方法一、检测方法 检测方法按其在制造系统中所处的位置可以检测方法按其在制造系统中所处的位置可以分为：分为： 1.1.离线检测离线检测 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。期长，难以及时反馈质量信息

8、。第二节第二节 加工尺寸的自动测量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。产品质量和系统的正常运行。3.3.在线检测在线检测在线检测的主要手段是利用坐标测量机综合检测经在线检测的主要手段是利用坐标测量机综合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

9、为手动、机动和计算机直接控制三大类。在自动化制造分为手动、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。系统中，一般选用计算机直接控制的生产型坐标测量机。 2.2.过程中检测过程中检测 这种检测是在工序内部，即工步或走刀之间，利用这种检测是在工序内部，即工步或走刀之间，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。动参数，保证工件加工质量。 1.1.专用自动测量装置专用

10、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）。（如变换切削用量、停止进给、退刀和停车等）。二、自动测量机构二、自动测量机构三坐标测量机（

11、简称三坐标测量机（简称CMMCMM）是）是2020世纪世纪6060年代发展起来的一年代发展起来的一种新型高效的精密测量仪器。种新型高效的精密测量仪器。19601960年，英国公司研制成功世年，英国公司研制成功世界上第一台三坐标测量机，到界上第一台三坐标测量机，到2020世纪世纪6060年代末，已有近十个年代末，已有近十个国家的三十多家公司在生产国家的三十多家公司在生产CMMCMM，不过这一时期的，不过这一时期的CMMCMM尚处于尚处于初级阶段。进入初级阶段。进入2020世纪世纪8080年代后，以年代后，以ZEISSZEISS、LEITZLEITZ、DEADEA、LKLK、三丰、三丰、SIPSI

12、P、FERRANTIFERRANTI、MOOREMOORE等为代表的众多公司不断推出等为代表的众多公司不断推出新产品，使得新产品，使得CMMCMM的发展速度加快。现代的发展速度加快。现代CMMCMM不仅能在计算机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。求工程。 目前，目前，CMMCMM已广泛用于机械制造业、汽车工业、电子工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

13、检测业、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量控制不可缺少的万能测量设备。和质量控制不可缺少的万能测量设备。 2.2.三坐标测量三坐标测量机机三坐标测量机的测量精度很高。为了保证它的三坐标测量机的测量精度很高。为了保证它的高精度测量，避免因振动、环境温度变化等造成的测高精度测量，避免因振动、环境温度变化等造成的测量误差，必须将其安装在专门的地基上和在很好的环量误差，必须将其安装在专门的地基上和在很好的环境条件下工作。被检零件必须从加工地输送至测量境条件下工作。被检零件必须从加工地输送至测量机，有的需要反复输送几次，这对于质量控制要求不机，有的需要反复输送几次，这对于质量控制要求

14、不是特别精确可靠的零件，显然是不经济的。一个解决是特别精确可靠的零件，显然是不经济的。一个解决方法是将三坐标测量机上用的三维测头直接安装在计方法是将三坐标测量机上用的三维测头直接安装在计算机数控机床上，该机床就能象三坐标测量机那样工算机数控机床上，该机床就能象三坐标测量机那样工作。作。 常用测量方法常用测量方法坐标方向的距离ZYXxyz空间距离(长度)圆心、直径(三点法或最小二乘法)交叉点交叉线(三点定平面)轴线空间点坐标ZXYyxz测 量 项 目测 量 项 目图 例图 例平 面(三点定平面)圆 度0.20.2平面度0.2平行度角 度0.2垂 直 度0.2槽宽、槽深 与厚度AWH探测头直径补偿

15、无补偿+DD+D/2D/2激光测径仪是一种非接触式测量装置。常用在轧激光测径仪是一种非接触式测量装置。常用在轧制钢管、钢棒等热轧制件生产线上。为了提高生产效率制钢管、钢棒等热轧制件生产线上。为了提高生产效率和控制产品质量，必须随机测量轧制中轧件外径尺寸的和控制产品质量，必须随机测量轧制中轧件外径尺寸的偏差，以便及时调整轧机，保证轧件符合要求。这种方偏差，以便及时调整轧机，保证轧件符合要求。这种方法适用于扎制时对温度高、振动大等恶劣条件下的尺寸法适用于扎制时对温度高、振动大等恶劣条件下的尺寸检测。检测。 激光测径仪包括光学机械系统和电路系统两部分。激光测径仪包括光学机械系统和电路系统两部分。其中

16、光学机械系统由激光电源、氦氖激光器、同步电动其中光学机械系统由激光电源、氦氖激光器、同步电动机、多面棱镜及多种形式的透镜和光电转换器件组成。机、多面棱镜及多种形式的透镜和光电转换器件组成。而电路系统主要由整形放大、脉冲合成、填充计数、微而电路系统主要由整形放大、脉冲合成、填充计数、微型计算机、显示器和电源等组成。型计算机、显示器和电源等组成。3.3.激光测径仪激光测径仪4.4.机器人辅助测量机器人辅助测量 随着工业机器人的发展，机器人在测量中的应用随着工业机器人的发展，机器人在测量中的应用也越来越受到重视，机器人测量具有在线、灵活、高效等也越来越受到重视，机器人测量具有在线、灵活、高效等特点，

17、可以实现对零件特点，可以实现对零件100%100%的测量。的测量。1.1.自动在线检测自动在线检测 自动在线检测，一般是指在设备运行、生产不自动在线检测，一般是指在设备运行、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，预测未来的状况并根据出现握设备的当前运行状态，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。只有在设备运行的的情况对生产线进行必要的调整。只有在设备运行的状况下，才可能产生各种物理的、化学的信号以及几状况下，才可能产生各种物理的、化学的信号以及几何参数的变化。通常这类信号和参数的变化超过一定何参数

18、的变化。通常这类信号和参数的变化超过一定范围时，即被认为存在着异常部位，而这些出现的信范围时，即被认为存在着异常部位，而这些出现的信号都离不开在线检测。号都离不开在线检测。 在机械加工的实际应用中可根据自动在线检测应在机械加工的实际应用中可根据自动在线检测应用的范围和深度的不同，将自动在线检测大致分为：自用的范围和深度的不同，将自动在线检测大致分为：自动检测、机床监测和自适应控制。动检测、机床监测和自适应控制。三、加工过程的在线检测和补偿三、加工过程的在线检测和补偿（1 1）自动检测）自动检测 指主动自动检测，即加工中测指主动自动检测，即加工中测量仪与机床、刀具、工件等设备组成闭环系统。通过量

19、仪与机床、刀具、工件等设备组成闭环系统。通过在线检测装置将测得的工件尺寸变化量经信号转换和在线检测装置将测得的工件尺寸变化量经信号转换和放大后送至控制器，控制执行机构对加工过程进行控放大后送至控制器，控制执行机构对加工过程进行控制。制。 （2 2）机床监测）机床监测 检测系统从机床上安装的传感检测系统从机床上安装的传感元件获得有关机床、产品以及加工过程的信息。这类元件获得有关机床、产品以及加工过程的信息。这类信息一般为实时输入和连续传输的信息流。机床监测信息一般为实时输入和连续传输的信息流。机床监测的基本方法是将机床上反馈来的监测数据与机床输入的基本方法是将机床上反馈来的监测数据与机床输入的技

20、术数据相比较，并利用比较的差值对机床进行优的技术数据相比较，并利用比较的差值对机床进行优化控制。化控制。 （3 3）自适应控制）自适应控制 指加工系统能自动适应客观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。条件的变化而进行相应的自我调节。加工过程的自动调整（自动补偿）是上述自动加工过程的自动调整（自动补偿）是上述自动检测技术的进一步发展。在机械加工系统中，刀具磨检测技术的进一步发展。在机械加工系统中，刀具磨损是直接影响被加工工件尺寸精度的因素。对一些采损是直接影响被加工工件尺寸精度的因素。对一些采用调整法进行加工的机床，工件的尺寸精度主要取决用调整法进行加工的机床，工件的尺寸精度

21、主要取决于机床本身的精度和调整精度。如要保持工件的加工于机床本身的精度和调整精度。如要保持工件的加工精度就必须经常停机调刀，又会影响加工效率。尤其精度就必须经常停机调刀，又会影响加工效率。尤其是对自动化生产线，不仅影响全线的生产效率，而且是对自动化生产线，不仅影响全线的生产效率，而且产品的质量也不能保证。因此，必须采取措施来解决产品的质量也不能保证。因此，必须采取措施来解决加工中工件的自动测量和刀具的自动补偿问题。目加工中工件的自动测量和刀具的自动补偿问题。目前，加工尺寸的自动补偿多采用尺寸控制原则，在不前，加工尺寸的自动补偿多采用尺寸控制原则，在不停机的状态下，以检测的工件尺寸作为信号，控制

22、补停机的状态下，以检测的工件尺寸作为信号，控制补偿装置，实现脉动补偿。偿装置，实现脉动补偿。2.2.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。每次补偿量的大小取决于工件的精度要求，的影响。每次补偿量的大小取决于工件的精度要求，即尺寸公差带的大小和刀具的磨损情况。每次的补偿即尺寸公差带的大小和刀具的磨损情况。每次的补偿量愈小，获得的补偿精度就愈高，工件尺寸的分散范量愈小，获得的补偿精度就愈高，工件尺寸的分散范围也愈小，对补偿执行机构的灵敏度要求

23、也愈高。围也愈小，对补偿执行机构的灵敏度要求也愈高。 根据误差补偿运动实现的方式，可分为硬件补偿和根据误差补偿运动实现的方式，可分为硬件补偿和软件补偿。硬件补偿是由测量系统和伺服驱动系统实现软件补偿。硬件补偿是由测量系统和伺服驱动系统实现的误差补偿运动。目前多数机床的误差补偿都采用这种的误差补偿运动。目前多数机床的误差补偿都采用这种方法。而软件补偿主要是针对象三坐标测量机和数控加方法。而软件补偿主要是针对象三坐标测量机和数控加工中心这样结构复杂的设备。工中心这样结构复杂的设备。 加工误差在线检测与补偿系统加工误差在线检测与补偿系统 系统组成与工作原理系统组成与工作原理机床工件压电陶瓷传感器应变

24、测试仪滤波放大器A/D转换计算机D/A转换驱动电源测试杆柔性铰链Fc控制杆一、刀具的自动识别一、刀具的自动识别 在机械加工过程中最为常见的故障便是刀具状态在机械加工过程中最为常见的故障便是刀具状态的变化。刀具状态识别、检测与监控是加工过程检测的变化。刀具状态识别、检测与监控是加工过程检测与监控最为重要最为关键的技术之一。刀具状态的识与监控最为重要最为关键的技术之一。刀具状态的识别、检测乃至监控对降低制造成本、减少制造环境的别、检测乃至监控对降低制造成本、减少制造环境的危害，保证产品质量，具有十分重要的意义。危害，保证产品质量，具有十分重要的意义。 刀具的自动识别主要是在加工过程中能在线识别刀具

25、的自动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、破损、切屑缠绕以及切削颤出切削状态（刀具磨损、破损、切屑缠绕以及切削颤振等）。关于刀具状态识别的方法较多，目前主要有振等）。关于刀具状态识别的方法较多，目前主要有基于时序分析刀具破损状态识别、基于小波分析刀具基于时序分析刀具破损状态识别、基于小波分析刀具破损状态识别、基于电流信号刀具磨损状态识别以及破损状态识别、基于电流信号刀具磨损状态识别以及基于人工神经网络刀具磨损状态识别等方法。基于人工神经网络刀具磨损状态识别等方法。第三节第三节 刀具的自动识别和监测刀具的自动识别和监测二、刀具尺寸测量控制系统二、刀具尺寸测量控制系统 刀具检测技

26、术与刀具识别技术往往是紧密联系在刀具检测技术与刀具识别技术往往是紧密联系在一起的，刀具的检测是建立在刀具识别的基础上的。一起的，刀具的检测是建立在刀具识别的基础上的。在自动化的制造系统中，必须设置刀具磨损、破损的在自动化的制造系统中，必须设置刀具磨损、破损的检测与监控装置，以防止发生工件成批报废和设备损检测与监控装置，以防止发生工件成批报废和设备损坏事故。坏事故。 (1) (1) 直接测量法直接测量法 直接测量法就是直接检测刀具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。补偿，保证各

27、加工表面应具有的尺寸精度。 (2) (2) 间接测量法间接测量法 在大多数切削加工过程中，刀在大多数切削加工过程中，刀具的磨损量往往因为被工件、切屑等所遮盖而很难直具的磨损量往往因为被工件、切屑等所遮盖而很难直接测量。因此，目前对刀具磨损的测量，更多的是采接测量。因此，目前对刀具磨损的测量，更多的是采用间接测量方式。用间接测量方式。三、刀具的自动监控三、刀具的自动监控 随着柔性制造系统（随着柔性制造系统（FMSFMS）、计算机集成制造系）、计算机集成制造系统（统（CIMSCIMS）等自动化加工系统的发展，对加工过程刀）等自动化加工系统的发展，对加工过程刀具切削状态的实时在线监测技术的要求越来越

28、迫切。具切削状态的实时在线监测技术的要求越来越迫切。原来由人观察切削状态，判别刀具是否磨、破损的任原来由人观察切削状态，判别刀具是否磨、破损的任务改由自动监控系统来承担。因此该系统的好坏，直务改由自动监控系统来承担。因此该系统的好坏，直接影响加工自动化系统的产品质量和生产效率，严重接影响加工自动化系统的产品质量和生产效率，严重时还会造成重大事故。据统计，采用监控技术后，可时还会造成重大事故。据统计，采用监控技术后，可减少人和技术因素引起故障停机时间减少人和技术因素引起故障停机时间75%75%。目前，刀具。目前，刀具的监控主要集中在刀具寿命、刀具磨损、刀具破损以的监控主要集中在刀具寿命、刀具磨损

29、、刀具破损以及其它形式的刀具故障等方面。及其它形式的刀具故障等方面。 (1) (1) 刀具寿命自动监控刀具寿命自动监控 刀具寿命检测原理是通过刀具寿命检测原理是通过对刀具加工时间的累计，直接监控刀具的寿命。对刀具加工时间的累计，直接监控刀具的寿命。 (2) (2) 刀具磨损、破损的自动监控刀具磨损、破损的自动监控一、监控系统的组成、要求和分类一、监控系统的组成、要求和分类 对加工过程的监控是机械制造自动化的基本要求对加工过程的监控是机械制造自动化的基本要求之一。加工过程的在线监控涉及很多相关技术，如传之一。加工过程的在线监控涉及很多相关技术，如传感器技术、信号处理技术、计算机技术、自动控制技感

30、器技术、信号处理技术、计算机技术、自动控制技术、人工智能技术以及切削机理等。术、人工智能技术以及切削机理等。第四节第四节 加工设备的自动监测加工设备的自动监测1.1.组成组成 自动化加工监控系统主要由信号监测、特征提取、自动化加工监控系统主要由信号监测、特征提取、状态识别、决策和控制四个部分组成，状态识别、决策和控制四个部分组成， （1 1）信号检测）信号检测 信号检测是监控系统的首要一步，信号检测是监控系统的首要一步，加工过程的许多状态信号从不同角度反映加工状态的变加工过程的许多状态信号从不同角度反映加工状态的变化。化。(2) (2) 特征提取特征提取: : 特征提取是对检测信号的进一步加特

31、征提取是对检测信号的进一步加工处理，从大量检测信号中提取出与加工状态变化相关工处理，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，目的在于提高信号的信噪比，增加系统的的特征参数，目的在于提高信号的信噪比，增加系统的抗干扰能力。抗干扰能力。(3) (3) 状态识别状态识别: : 状态识别实质上是通过建立合理的状态识别实质上是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。的状态进行分类判断。(4) (4) 决策与控制决策与控制: : 根据状态识别的结果，在决策模根据状态识别的结果，在决策模型指导下对加工状态中

32、出现的故障做出判决，并进行相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，例如改变切削参数、更换刀具、改变应的控制和调整，例如改变切削参数、更换刀具、改变工艺等。要求决策系统实时、快速、准确、适应性强。工艺等。要求决策系统实时、快速、准确、适应性强。2.2.要求要求加工过程、机床以及刀具工况监控是自动化加工加工过程、机床以及刀具工况监控是自动化加工监控系统具有的三个主要任务。各个任务除了选好状态监控系统具有的三个主要任务。各个任务除了选好状态变量之外，还必须满足如下的一些要求：变量之外，还必须满足如下的一些要求： （1 1）同加工过程往往需要监控多个状态变量，仅）同加工过程往

33、往需要监控多个状态变量，仅监控一个状态变量是不够的；监控一个状态变量是不够的； （2 2）由于自动化加工系统本身的加工特性，必须）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，还必须选择观测监测振动情况，在多轴加工的情况下，还必须选择观测方向；方向； （3 3）系统中必须采用相应的识别控制程序对加工）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；过程出现的异常状态进行识别； （4 4）由于交换部件、刀具的数量大、控制程序）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。长，因此，必须监测加工过程的初始条件。二、加工设备的故

34、障诊断二、加工设备的故障诊断所谓诊断就是对设备的运行状态做出判断。设所谓诊断就是对设备的运行状态做出判断。设备在运行过程中，内部零部件和元器件因为受到力、备在运行过程中，内部零部件和元器件因为受到力、热、摩擦、磨损等多种作用，其运行状态不断变化，热、摩擦、磨损等多种作用，其运行状态不断变化，一旦发生故障，往往会导致严重后果。因此必须在设一旦发生故障，往往会导致严重后果。因此必须在设备运行过程中对设备的运行状态及时做出判断，采取备运行过程中对设备的运行状态及时做出判断，采取相应的决策，在事故发生以前就发现并加以消除。相应的决策，在事故发生以前就发现并加以消除。 加工设备的自动监控与故障诊断主要有

35、四个方面加工设备的自动监控与故障诊断主要有四个方面的内容：的内容： （1 1）状态量的监测）状态量的监测 状态量监测就是用适当的传感状态量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态参数。器实时监测设备运行状态是否正常的状态参数。 （2 2）加工设备运行异常的判别）加工设备运行异常的判别 运行异常的判别是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。现设备异常的信号。 （3 3）设备故障原因的识别）设备故障原因的识别 识别故障原因是故障诊识别故障原因是故障诊断中最难、最耗时的工作。断中最难、最耗时的

36、工作。 （4 4）控制决策）控制决策 找出故障发生的地点及原因后，就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要对设备进行检修，排除故障，保证设备能够正常工作 状态监测是故障诊断的基础，故障诊断是对监测结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做出的。因此，三者之间必须紧密集成在一起。上做出的。因此，三者之间必须紧密集成在一起。一、无损探伤检测技术一、无损探伤检测技术 无损探伤检测是在不破坏或损伤原材料和工件等受无损探伤检测是在不破坏或损伤原材料和工件等

37、受检对象的前提下，测定和评价物质内部或外表的物理和力检对象的前提下，测定和评价物质内部或外表的物理和力学性能，包括各类缺陷和其他技术参数的综合性应用技学性能，包括各类缺陷和其他技术参数的综合性应用技术，对于控制和改进生产过程和产品质量，保证材料、零术，对于控制和改进生产过程和产品质量，保证材料、零件和产品的可靠性及提高生产率起着关键的作用，是发展件和产品的可靠性及提高生产率起着关键的作用，是发展现代工业必不可少的重要技术措施之一。无损探伤检测技现代工业必不可少的重要技术措施之一。无损探伤检测技术在材料加工、零件制造、产品组装直至产品使用的整个术在材料加工、零件制造、产品组装直至产品使用的整个过

38、程中，不仅起到保证质量、保障安全的监督作用，还在过程中，不仅起到保证质量、保障安全的监督作用，还在节约能源及资源、降低成本、提高成品率和劳动生产率方节约能源及资源、降低成本、提高成品率和劳动生产率方面起到积极的促进作用。面起到积极的促进作用。第五节第五节 相关的检测技术相关的检测技术无损探伤检测作为一项工业技术，从应用角度来说，无损探伤检测作为一项工业技术，从应用角度来说，主要有三种形式：主要有三种形式：一是在生产过程质量控制中的无损检测，即应用于一是在生产过程质量控制中的无损检测，即应用于产品的质量管理。它可以剔除每道生产工序中的不合格产品的质量管理。它可以剔除每道生产工序中的不合格产品，并

39、把检测结果反馈到生产工艺中去，指导和改进产品，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。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。它主要是检验产品是否达到设计性验和用户验收检验。它主要是检验产品是否达到设计性能，能否安全使用。能，能否安全使用。三是在产品使用过程中的检测，即维护检验。它是三是在产品使用过程中的检测，即维护检验。它是用户在使用产品或设备的过程中，经常地或定期地检查用户在使用产品或设备的过程中，经常地或定期地检查是否出现危险性缺陷而采用无损检测方法。是否出现危险性缺陷而采用无

40、损检测方法。1. 1. 磁粉探伤检测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。它具有设备简单、操作方便、检验速度快、观测方法。它具有设备简单、操作方便、检验速度快、观察缺陷直观和有较高的检测灵敏度等优点。因此，在工察缺陷直观和有较高的检测灵敏度等优点。因此，在工业生产中得到了广泛的应用。业生产中得到了广泛的应用。 磁粉探伤检测可以检测铁磁性材料和构件的表面或磁粉探伤检测可以检测铁磁性材料和构件的表面或近表面的缺陷，对裂纹、发纹、折叠、

41、夹层和未焊透近表面的缺陷，对裂纹、发纹、折叠、夹层和未焊透等缺陷较为灵敏，通常采用交流电磁化可以检测表面等缺陷较为灵敏，通常采用交流电磁化可以检测表面下下2mm2mm以内的缺陷，采用直流电磁化可以检测表面下以内的缺陷，采用直流电磁化可以检测表面下6mm6mm以内的缺陷。以内的缺陷。磁粉检测设备有固定式、移动式和手提式三种类型，磁粉检测设备有固定式、移动式和手提式三种类型，对各种大小不同的零部件、结构件、装置和设备都可以对各种大小不同的零部件、结构件、装置和设备都可以进行检查。建立磁场的方式有恒磁法和电磁法，前者使进行检查。建立磁场的方式有恒磁法和电磁法，前者使用永久磁铁，后者利用电流的磁场，显

42、示介质主要是磁用永久磁铁，后者利用电流的磁场，显示介质主要是磁粉和磁悬液。粉和磁悬液。磁粉探伤的优点主要有：（磁粉探伤的优点主要有：（1 1）显示直观，磁痕一般）显示直观，磁痕一般比裂纹尺寸大，易于观察。（比裂纹尺寸大，易于观察。（2 2）探测灵敏度高，最小）探测灵敏度高，最小缺陷宽度可达缺陷宽度可达0.10.1微米。（微米。（3 3）适应性好，对于几何形状）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。（效的全面检查。（4 4）设备简单，成本低，操作方便，）设备简单，成本低，操作方便，效率高。效率高。其缺点

43、是：（其缺点是：（1 1）只限于铁磁性材料的检查，主要包）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。（括碳钢、高强度合金钢、电工钢。（2 2）只能够检查工）只能够检查工件的表面及近表面缺陷。（件的表面及近表面缺陷。（3 3）不能定量测出缺陷的深）不能定量测出缺陷的深度。（度。（4 4）必须用人眼来观察，易造成操作人员的疲劳。）必须用人眼来观察，易造成操作人员的疲劳。2. 2. 超声波探伤检测超声波探伤检测超声波探伤检测可探测厚度较大的材料，且具有检超声波探伤检测可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，对人体测速度快、费用低并能对缺陷进行定位和定

44、量，对人体无害及对危害较大的平面缺陷的探测灵敏度高等优点，无害及对危害较大的平面缺陷的探测灵敏度高等优点，在生产实践中已获得了广泛的应用。在生产实践中已获得了广泛的应用。超声波用于无损探伤检测，主要是因为具有以下特超声波用于无损探伤检测，主要是因为具有以下特性性: :（1 1）超声波在介质中传播时，遇到界面会发生反射；）超声波在介质中传播时，遇到界面会发生反射；（2 2）超声波指向性好，频率愈高，指向性愈好；）超声波指向性好，频率愈高，指向性愈好；（3 3）超声波传播能量大，对各种材料的穿透力强。而且）超声波传播能量大，对各种材料的穿透力强。而且超声波的声速、衰减、阻抗和散射等特性为超声波的应

45、超声波的声速、衰减、阻抗和散射等特性为超声波的应用提供了丰富的信息。用提供了丰富的信息。超声波检测的最大优点就是对裂纹、夹层、折叠、超声波检测的最大优点就是对裂纹、夹层、折叠、未焊透等类型的缺陷具有很高的检测能力。超声波检测未焊透等类型的缺陷具有很高的检测能力。超声波检测也有一定的局限性，主要表现为：超声波检测的记录性也有一定的局限性，主要表现为：超声波检测的记录性差，无法比较直观地判断缺陷的几何形状、尺寸和性质；差，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。操作人员技术

46、水平的影响。 超声波检测对于平面状的缺陷如裂纹，只要波束与超声波检测对于平面状的缺陷如裂纹，只要波束与裂纹平面垂直，就可以获得很高的缺陷回波。但是对于裂纹平面垂直，就可以获得很高的缺陷回波。但是对于球状缺陷如气孔，假如气孔不是很大，或不太密集，就球状缺陷如气孔，假如气孔不是很大，或不太密集，就难以获得足够的回波。难以获得足够的回波。 3. 3. 射线探伤检测射线探伤检测射线就是指射线就是指X X射线、射线、射线、射线、射线、射线、射线、电子射线、电子射线和中子射线等，其中射线和中子射线等，其中X X射线、射线、射线、中子射线易射线、中子射线易于穿透物体，但在穿透物体的过程中受到吸收和散射。于穿

47、透物体，但在穿透物体的过程中受到吸收和散射。因此，其穿透物体后的强度就小于穿透前的强度。衰减因此，其穿透物体后的强度就小于穿透前的强度。衰减的程度由物体的厚度、材质以及射线的种类而定。当厚的程度由物体的厚度、材质以及射线的种类而定。当厚度相同的板材含有气孔时，有气孔的部分不吸收射线，度相同的板材含有气孔时，有气孔的部分不吸收射线，容易通过。相反如果混进容易吸收射线的异物时，这些容易通过。相反如果混进容易吸收射线的异物时，这些地方的射线难于通过。因此，用强度均匀的射线照射被地方的射线难于通过。因此，用强度均匀的射线照射被检测的物体，使透过的射线在照相胶片上感光，把胶片检测的物体，使透过的射线在照

48、相胶片上感光，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，这种检验就称为射线缺陷的种类、大小、分布状况等，这种检验就称为射线照相法探伤检测。此外还有电离检测法和荧光屏直接观照相法探伤检测。此外还有电离检测法和荧光屏直接观察法。察法。射线探伤检测的优点：射线探伤检测的优点：（1 1）对缺陷形象检测直观，对缺陷的尺寸和性）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。质判断比较容易，便于分析处理。

49、（2 2）射线照相底片可作为原始的资料长期保存。）射线照相底片可作为原始的资料长期保存。（3 3）利用图像处理技术可以实现缺陷评定分析自）利用图像处理技术可以实现缺陷评定分析自动化。射线探伤检测的缺点：动化。射线探伤检测的缺点：（1 1）对人体有害，在检测中必须注意防护。）对人体有害，在检测中必须注意防护。（2 2）相对于其它的检测方法而言，射线探伤检测）相对于其它的检测方法而言，射线探伤检测的成本较高。的成本较高。4.4.涡流探伤检测涡流探伤检测涡流探伤是广泛应用于导电材料检测的一种常规方涡流探伤是广泛应用于导电材料检测的一种常规方法。它的原理与超声、磁粉、射线等检测方法都不同。法。它的原理

50、与超声、磁粉、射线等检测方法都不同。涡流检测只适用于导电材料，因为只有导电材料才能产涡流检测只适用于导电材料，因为只有导电材料才能产生涡流。所谓涡流，就是指能导电的试件，在周围交变生涡流。所谓涡流，就是指能导电的试件，在周围交变磁场的作用下，在导电试件中感应出漩涡状的电流，简磁场的作用下，在导电试件中感应出漩涡状的电流，简称涡流。称涡流。涡流探伤检测是以电磁感应理论作为基础的。一个涡流探伤检测是以电磁感应理论作为基础的。一个简单的涡流检测系统包括一个高频的交变电压发生器、简单的涡流检测系统包括一个高频的交变电压发生器、一个检测线圈和一个指示器。高频的交变电压发生器一个检测线圈和一个指示器。高频的交变电压发生器（振荡器）供给检测线圈以激励电流，从而在试件周围（振荡器）供给检测线圈以激励电流，从而在试件周围形成一个激励磁场，这个磁场在试件中感应出涡流，涡形成一个激励磁场，这个磁场在试件中感应出涡流，涡流又产生自己的磁场，涡流磁场的作用是削弱和抵消激流又产生自己的磁场，涡流磁场的作用是削弱和抵消激