第3章质量控制和运行监控系统课件.ppt

1、2023-1-10第3章质量控制和运行监控系统第第3章质量控制和运行监章质量控制和运行监控系统控系统第3章质量控制和运行监控系统主要内容：主要内容：工业机器人工业机器人 质量控制和运行监控系统质量控制和运行监控系统 辅助设备 控制与通信系统第3章质量控制和运行监控系统1.概述概述 1)基本概念基本概念 检测技术是机械制造系统不可缺少的部分。检测系统与加工系统各组成元素之间的关系。机械加工系统的组成质量控制和运行监控系统质量控制和运行监控系统第3章质量控制和运行监控系统 2)检测内容及方法检测内容及方法 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，需要对系统运行状态和加工过程

2、进行检测与监控。(1)运行状态检测与监控运行状态检测与监控 自动化制造系统中，需要检测与监控的运行状态通常包括：A.刀具信息。B.机床状态信息。C.系统运行状态信息。D.在线尺寸测量信息。E.系统安全情况信息。F.仿真信息。仿真信息包括以下内容：零件的数控程序是否准确；有无碰撞干涉情况；仿真综合结果情况等。第3章质量控制和运行监控系统检测与监控系统的组成 第3章质量控制和运行监控系统 (2)工件尺寸精度检测工件尺寸精度检测 A.直接测量与间接测量；B.接触测量和非接触测量；接触式传感器测量：检测尺寸、形状、相互位置 非接触式传感器(光学、非光学)测量：无接触变形，速度快第3章质量控制和运行监控

3、系统PROCAUTPROCAUTPROCAUTINSPMAN抽样离线检测PROCAUTINSPMAN在线/过程中检测反馈信号三类检测 C.在线测量和离线测量。在线测量和离线测量。离线检测：过程稳定，超差风险小 在线/过程中检测：实时，瓶颈工序 在线/过程后检测：滞后时间短，应用较多在线/过程后检测PROCAUTINSPMANSORTAUT分类指令成品废品第3章质量控制和运行监控系统 (3)刀具磨损和破损的检测方法刀具磨损和破损的检测方法 A.刀具、工件尺寸及相对距离测定法；B.放射线法；C.电阻法；D.光学图像法；E.切削力法；F.切削温度法；G.切削功率法；H.振动法；I.噪声分析法；K.加

4、工表面粗糙度法 (4)人工检测与自动化检测人工检测与自动化检测第3章质量控制和运行监控系统 3)检测装置简介检测装置简介 (1)尺寸测量装置 定尺寸测量装置，三坐标测量机，激光测径仪，气动测微仪，电动测微仪，电容、电感式测量机 (2)粗糙度测量装置 表面轮廓仪 (3)刀具状态监测装置 噪声频谱分析仪，红外发射传感器，探针，切削力分析仪，切削功率计，声发射传感器第3章质量控制和运行监控系统2.工件尺寸的自动测量、主要设备及其工工件尺寸的自动测量、主要设备及其工作原理作原理 实时在线检测是提高加工质量，满足工件尺寸、形状精度要求的重要保障。在线测量一般指测量加工制造系统的系统误差，随机误差因无法控

5、制，一般不测量。在线检测方法：工件形状及尺寸等宏观级和信息：触针式、摩擦轮方式、气动测微仪方式、电测微方式、光学方式和超声波方式。圆度等微观几何信息：气动测微仪、电动测微仪、电涡流方式。第3章质量控制和运行监控系统 1)三坐标测量机三坐标测量机 三坐标测量机是集成了精密机械、电子技术、计算机技术、光学等先进技术而发展起来的一种高效的几何量精密测量机。用途：多种几何量测量，设计一体化，实物程序编制 类型：按功能水平可分为：数显及打字型：手动或机动测量，结果需人工处理。微机型：手动或机动测量，结果由微机处理。计算机数控型：可按程序通过计算机数控系统进行自动测量。这是目前主要的常用机型。第3章质量控

6、制和运行监控系统测量原理测量原理 将被测物体置于三坐标测量空间，可获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经计算求出被测物体的几何尺寸，形状和位置。基本原理就是通过探测传感器(探头)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位置的获取，然后通过一定的数学计算，完成对所测得点(点群)的分析拟合，最终还原出被测的几何元素，并在此基础上计算其与理论值(名义值)之间的偏差，从而完成对被测零件的检验工作。第3章质量控制和运行监控系统a)b)c)d)三坐标测量机的结构形式结构形式：结构形式：悬臂式结构：测头易于接近工件，刚性差桥式结构：刚性好，应用广泛立柱式结构：结构与立车相

7、似龙门式结构：结构与门式起重机相似，用于大件测量第3章质量控制和运行监控系统悬臂式三坐标测量机 第3章质量控制和运行监控系统 操作控制：手动控制：人工完成计算机辅助手动控制：计算机完成数据处理和相关计 算计算机辅助电动控制：电机驱动测头，计算机完成数 据处理和相关计算直接计算机控制：同CNC 编程方法 示教再现编程：似机器人编程数控编程：离线第3章质量控制和运行监控系统 可完成测量项目 三坐标测量机可完成的测量项目第3章质量控制和运行监控系统测量系统 三坐标测量机上测量系统的主要部件是测量头和测长系统。测量头 三坐标测量机的测量精度和效率与测量头密切相关。目前常用的测量头有以下几种。机械接触式

8、测头(硬测头)，基本上已淘汰 电气式测头，根据其原理和功能可分为动态式和静态式两种。是目前应用最广的一种 光学非接触式测头，可用于对空间曲面、软体表面、光学刻线等的测量，尤其是不能用机械测头和电气测头测量的工件，只能用光学非接触式测头。第3章质量控制和运行监控系统常用测量方法 点位测量 常用于测量对象是由简单几何面构成的普通机械零件。点位测量时对测量头的控制方式有3种。人工控制、全自动控制、半自动控制 连续扫描测量 常用来测量曲面。测量曲面时，测量机能对以下5种扫描轮廓线类型进行控制和数据处理。扫描轮廓线位于一个通过测量头轴线的平面内。扫描轮廓线构成的平面与测量头垂直。扫描轮廓线沿一个柱面。扫

9、描轮廓线所在平面既不通过也不垂直于测量头轴线。扫描轮廓线既不位于平面也不沿一个柱面。第3章质量控制和运行监控系统 实物照片 第3章质量控制和运行监控系统 2)三维测头三维测头 三维测头分为导电式测头和触发式测头两种。导电式测头的工作原理：在测头的内部有一个未闭合的有电源电路，该电路断点的两端分别与测头上相互绝缘的测针、测头柄相连接，因此，测头的测针和柄部实际上就是测头内部电路常开开关的两端；当测头通过柄部连接在机床的主轴上时，由于机床和其工作台上的工件(金属材质)都是导电体，所以只要测头上测针的触头与工件表面接触，测头内部的电路就会形成闭合回路，电路立即开始工作并在测头主体上产生声光信号，指明

10、其工作状态。第3章质量控制和运行监控系统 触发式测头的工作原理：在测头内部有一个闭合的有源电路，该电路与一个特殊的触发机构相连接，只要触发机构产生触发动作，就会引起电路状态变化并发出声光信号，指示测头的工作状态；触发机构产生触发动作的唯一条件是测头的测针产生微小的摆动或向测头内部移动，当测头连接在机床主轴上并随主轴移动时，只要测针上的触头在任意方向与工件(任何固体材料)表面接触，使测针产生微小的摆动或移动，都会立即导致测头产生声光信号，指明其工作状态。第3章质量控制和运行监控系统三维测头实物第3章质量控制和运行监控系统在数控机床上采用测头进行测量的工作原理在数控机床上采用测头进行测量的工作原理

11、在数控机床上采用测头进行测量时，先将测头安装在机床的主轴上，然后操作者手动控制机床移动，使测头测针上的触头与工件表面接触，由于机床的数控系统实时地记录并显示主轴的位置坐标值，因此，可以结合测针的触头与工件的具体位置关系，利用机床主轴的坐标值换算出工件被测量点的相关坐标值。获得工件的各个被测量点的相关坐标值以后，再根据各坐标点的几何位置关系进行相关计算，便可以获得最终的测量结果。第3章质量控制和运行监控系统测量的工作方式测量的工作方式测头在数控机床上共有两种工作方式，即：手动方式和编程方式。对于没有信号输出功能的测头，只能采用手动方式。对于具有信号输出功能的测头，两种方式均可采用。采用手动工作方

12、式时，机床运动、测量点的坐标值的记录和测量结果的计算均由操作者手动控制，适合单件、小批量或测量项目变化不定的情况。优点是使用安全，操作者不需要特别培训；缺点是不适合测量点很多，计算较复杂和大批量生产的情况。采用编程工作方式时，整个测量过程中机床的运动、被测点坐标值的记录和测量结果的计算都由操作者事先编写的程序确定，它特别适合大批量或复杂的测量情况。其优点是对于上述工作情况测量效率高；缺点是要求操作者经过专门的培训。第3章质量控制和运行监控系统 3)激光测径仪激光由于其优良的特性（强度高，亮度大，单色性、相干性、方向性好等）在精密测量中得到广泛应用。可以测量长度，小角度，直线度，平面度，垂直度等

13、；也可以测量位移，速度，振动，微观表面形貌等；还可以实现动态测量，在线测量，并易于实现测量自动化。激光测量精度目前可达0.01m。第3章质量控制和运行监控系统受射透镜平行光管透镜边缘传感闸门电路计数器显示图震荡器伺服系统扫描镜工件测定区光检测器激光发生器采用平行光管透镜将激光准确地调整到多角形旋转扫描镜上聚焦。采用平行光管透镜将激光准确地调整到多角形旋转扫描镜上聚焦。通过激光扫描被测工件两端，根据扫描镜旋转角、扫描镜旋转速度，通过激光扫描被测工件两端，根据扫描镜旋转角、扫描镜旋转速度，透镜焦距等数据计算出被测工件的尺寸。透镜焦距等数据计算出被测工件的尺寸。激光测径仪原理第3章质量控制和运行监控

14、系统第3章质量控制和运行监控系统4)激光干涉测长仪固定反射棱镜双频激光测量系统原理图干涉测量仪f2+f2f1氦氖激光器轴向强磁场NS1/4波片分光镜透镜组f1 f2f1 f2移动反射棱镜f2f2+f2偏振分光镜f1f1ff+f2第3章质量控制和运行监控系统 氦氖激光器发出的激光，在轴向强磁场作用下，产生频率 f1和f2旋向相反的圆偏振光，经1/4波片形成频率f1的垂直线偏振光和频率f2的水平线偏振光。经透镜组成平行光束。双频激光干涉仪以其特有的同时具有大测量范围、高分辨率、高测量精度和高速度等优点，在精密和超精密测量领域获得了广泛的应用。它采用外差干涉测量原理，克服了普通单频干涉仪测量信号直流

15、漂移的问题，具有信号噪声小、抗环境干扰能力强、允许光源多通道复用等诸多优点，使得干涉测长技术能真正用于实际生产。例如，精密坐标机床的标定、高精度传感器的标定、半导体工业中的高精度模板的制造和定位、以及构成多坐标精密定位多轴运动系统等。测量精度可达到1nm。第3章质量控制和运行监控系统双频激光测量系统第3章质量控制和运行监控系统5)超声波测厚仪超声波测厚仪是根据超声波脉冲反射原理来进行厚度测量的，当探头发射的超声波脉冲通过被测物体到达材料分界面时，脉冲被反射回探头，通过精确测量超声波在材料中传播的时间来确定被测材料的厚度。凡能使超声波以一恒定速度在其内部传播的各种材料均可采用此原理测量。按此原理

16、设计的测厚仪可对各种板材和各种加工零件作精确测量，也可以对生产设备中各种管道和压力容器进行监测，监测它们在使用过程中受腐蚀后的减薄程度。可广泛应用于石油、化工、冶金、造船、航空、航天等各个领域。第3章质量控制和运行监控系统 TOUCHSTONE 3 是目前世界上唯一可以同时测量涂层厚度和基材厚度的测厚仪 第3章质量控制和运行监控系统6)气动测微仪 气动测微仪的测量原理：在经调压的气压与测量喷咀之间，插入对气流起阻尼作用的节流片，通过节流片出现压力变化，从压力变化中即可读出位移量；将压力变化转换成电流量，这样更便于对所获信息进行处理。气动测微仪可检测出普通测量器具难以检测的微小变化，放大倍率也很

17、高，最大可放大到40万倍。但气动测微仪的不足之处是测量范围非常小。第3章质量控制和运行监控系统7)电动量仪 电动量仪是将接触头微小位移量转换成电量，利用电子方式将其放大并进行显示，检测精度可达1m。液晶数字显示的数字式电动测微仪，内装专用的LS1，手工操作，可获得0.001mm的测量值。此外，还有一种测量装置和电动测微仪组合而成的电动测微系统，使测量范围大为扩展；最近还开发出一种简易型电动测微仪，精度很高，可获得0.01m单位的测量值。电动量仪种类很多，一般可分为电感式、电容式和光电式等。由于电动量仪灵敏度和精度很高，测量装置和显示装置可以分离，所以有利于进行远距离测量和实现测量自动化。第3章

18、质量控制和运行监控系统第3章质量控制和运行监控系统差动式电感传感器第3章质量控制和运行监控系统8)利用数控机床进行测量 在数控机床上进行测量有如下特点：不需要昂贵的三坐标测量机，但会损失机床的切削加工时间；可以针对尺寸偏差自动进行机床及刀具补偿，加工精度高；不需要工件来回运输和等待。9)测量机器人 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、高效等特点，可以实现对零件100的测量，因此特别适合于自动化制造系统中的工序间测量和过程测量。同坐标测量机相比，机器人测量造价低，使用灵活。第3章质量控制和运行监控系统10)专用的主动测量装置专用的主动测量装置 在

19、大规模生产条件下，常将专用的自动检测装置安装在机床上，不必停机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、刀具补偿、停止进给、退刀和停机等）。例如下图所示为磨床上工件外径自动测量及反馈控制装置的原理图。第3章质量控制和运行监控系统11)表面粗糙度仪表面粗糙度仪 测量表面粗糙度常用的方法有：比较法、光切法、干涉法、针描法和印模法等，而测量迅速方便、测值精度较高、应用最为广泛的就是采用针描法原理的表面粗糙度测量仪。针描法又称触针法。当触针直接在工件被测表面上轻轻划过时，由于被测表面轮廓峰谷起伏，触针将在垂直于被测轮廓表面方向上产生

20、上下移动，把位移通过电子装置把信号加以放大，然后通过指零表或其它输出装置将有关粗糙度的数据或图形输出来。第3章质量控制和运行监控系统 表面粗糙度的测量基准线原则上要求与被测表面的理想形状一致，但在实际测量中难以实现。比较常见的是利用与传感器壳体安装成一体的导头建立相对测量基准。第3章质量控制和运行监控系统第3章质量控制和运行监控系统 电感传感器是轮廓仪的主要部件之一。在传感器测杆的一端装有金刚石触针，触针尖端曲率半径r很小，测量时将触针搭在工件上，与被测表面垂直接触，利用驱动器以一定的速度拖动传感器。由于被测表面轮廓峰谷起伏，触针在被测表面滑行时，将产生上下移动。此运动经支点使磁芯同步地上下运

21、动，从而使包围在磁芯外面的两个差动电感线圈的电感量发生变化。第3章质量控制和运行监控系统 传感器的线圈与测量线路是直接接入平衡电桥的，线圈电感量的变化使电桥失去平衡，于是就输出一个和触针上下的位移量成正比的信号，经电子装置将这一微弱电量的变化放大、相敏检波后，获得能表示触针位移量大小和方向的信号。信号经滤波和平均表放大器放大之后，进入积分计算器，进行积分计算，即可由指示表直接读出表面粗糙度Ra值。该仪器适于测定0.02-10m的Ra值，少数型号还可测定更小的数值，仪器配有各种附件，以适应平面、内外圆柱面、圆锥面、球面、曲面以及小孔、沟槽等形状的工件表面测量。第3章质量控制和运行监控系统12)其

22、他测量设备 关节臂测量机 全自动在线测量仪第3章质量控制和运行监控系统3.机械加工过程的状态识别与检测机械加工过程的状态识别与检测1)概述 目的：感知系统工作状态，提高系统抵抗突发故障的能力，优化切削过程的生产率、制造成本或(金属)材料的切除率等。内容：切削过程的切削力及其变化、切削过程颤震、刀具与工件的接触和切削时切屑的状态及切削过程辨识等，而最重要的传感参数有切削力、切削过程振动、切削过程声发射、切削过程电机的功率等。第3章质量控制和运行监控系统2)切削过程的检测 (1)切削力的探测 切削力是评价加工条件和切削过程最常用的技术参数，也是自适应控制系统常用的传感参数。根据切削力信号，可以间接

23、判断加工载荷、切削过程颤震、切/磨过程刀具/砂轮的失效状况(破损或磨损)等。切削力的探测是实时检测切削力随时间(或切削过程)的变化量。主要的传感器采用动态测力仪、应变片或多种力传感器，其主要特点是：动态测力仪虽然可靠而且很灵敏，但常常难于实用化而多用于实验系统中；应变片适于现场应用，但安装不够简便，虽然可以通过功率和扭矩的检测传感信号推算出切削力值，但这类方法有检测灵敏度低、延迟时间长的缺点。常用的切削力传感方法见后表。第3章质量控制和运行监控系统切削力的检测方法第3章质量控制和运行监控系统(2)颤震探测传感 颤震现象与大多数切削与磨削过程的系统动力学不稳定性相关，经常可以由于刀具/砂轮与工件

24、子系统的振动而引发。它的出现降低了被加工件已加工表面的质量，特别是使表面粗糙度增大，限制了机床的生产效率，并可能引发紧固环节的松动而酿成事故。此外，它还使刀具/砂轮的失效(磨损与破损)加快。对它的传感方法可分为直接法和间接法两大类。直接法可以直接测定机床的振动，也可以从颤震时切削力的变化中获取；间接法是通过颤震伴随效应的传感检测来间接表征颤震的，见后表。第3章质量控制和运行监控系统颤震检测方法 第3章质量控制和运行监控系统 振动传感器可以装于工作台或刀架上。动态测量仪则较早已用于铣床和车床加工中。利用应变片传感振动信号时，常把应变片装入机床主轴部件内。80年代后期开发的热电动势颤震检测传感法是

25、利用刀具与同机床(如车床)其他零部件绝缘的工件形成闭合电路，利用刀具与工件间的热电偶原理实现传感检测。当切削颤震出现时，刀具与工件间的接触区域和接触压力有较大的变化，引起热电动势的变化。经FFT分析后可获得热电动势的功率谱密度。这种方法成本低，易于操作，但其切削参数和刀工件材料间交互作用的研究仍需要进一步拓展。间接法常通过对振痕、裂纹或表面局部不规则性等信息的传感检测来间接地探测切削颤震的出现。因此，常用光学方法来传感，如利用激光扫描系统探测磨削表面振痕和局部不规则现象，但其实用性较差。此外，还开发了一种利用噪声振动(传声器)传感颤震的方法，并建立了噪声电平的峰值间隔模型，可预测颤震出现。但它

26、还需进一步验证多种切削条件下的可靠性。第3章质量控制和运行监控系统(3)切屑状况检测 在高速、超高速加工和自动化制造中，切屑状况的监测是极为重要的事。它直接影响过程的进行、安全性和已加工表面的质量，主要有两种传感检测方法：A.用辐射高温计传感刀具的切屑状态，利用测定平均切削温度来识别切屑的状态。但由于它比较贵，尚限于实验研究领域中采用。B.利用声发射传感器、刀具动态测量仪或刀具/工件热电偶传感法的谱分析技术探测切屑状态的变化。这类方法成功的关键是传感的灵敏度与可靠性及对信号的处理、特征提取与识别规律的掌握。虽然在实验研究中已可以识别带状屑、卷屑和积屑瘤的出现，但还要再努力才可能成为工业应用技术

27、。第3章质量控制和运行监控系统(4)刀具-工件碰撞传感检测 对于先进制造技术来讲，为提高机床加工效率，常常要求提高进给率，特别是在空刀时应尽量加快进给。因此，刀具与工件的碰撞成为重要的监视内容。对刀具-工件碰撞的传感常分为两类，即碰撞后探测法和碰撞前探测法，见后表。碰撞后探测法是利用装在机床主轴上的应变片组成的扭矩传感器来传感碰撞后的信号，以便在发生严重的碰撞故障前发现刀具工件间的轻微碰撞，因而这种探测法一定要灵敏且可靠。现有的研究表明，声发射接触传感器是灵敏而可靠的，且是实时性强的传感检测法，已进入工业应用阶段而广泛地用于磨削加工中。第3章质量控制和运行监控系统 碰撞前探测法是在刀具与工件趋

28、近到物理接触前进行探测传感。其中最佳的传感方法是气隙-磁力传感器。把激励线圈、接收线圈分别装于主轴箱体与刀具两方，当刀具-工件间距离改变而引起磁力线的变化时，对应间隙值的磁感应强度变强，从而按预先设定的阈值发出改变进给率的控制信号。这种磁传感器受工件材料的影响。第3章质量控制和运行监控系统刀具-工件碰撞传感检测第3章质量控制和运行监控系统(5)切削过程识别的传感 现代制造技术要求识别切削过程，以便为切削过程的本质、建模和模拟仿真的研究提供可靠的实时信息；对切削过程和刀具几何参数的控制、刀具失效和工件状态等提供信息，以便使磨削与切削过程优化。当今，以声发射传感和动态测量仪及光视法为主，亦配合电流

29、/功率、力/力矩和切削温度等传感法。虽然众多的研究证明，AE法是首选的，但由于切削过程识别的复杂性和多目标性，常常采用多传感器单一目标融合传感法和多传感器多目标传感法，它们已经成为传感技术和监控技术最热门的领域，但这方面的深入研究工作既多又广。它将在制造科学的发展中、在虚拟制造(VM)和虚拟现实制造(VRM)的开发及过程监视与控制的研究开发中快速发展。第3章质量控制和运行监控系统 3)机床运行过程检测 机床的工作精度对其加工精度和加工质量有重要的影响。力效应、热效应和机床运动系统的动态误差等对机床的精度和动态特性有显著的影响。所以，要求监视和控制机床的运行及其过程，主要有以下三类传感监测监控。

30、A.驱动系统的检测传感 为了实现对机床驱动系统的位移(线位移与角位移)的监视，并提供偏离目标值的反馈信号，经常采用多种传感器来完成信息的采集任务。激光干涉仪、旋转变压器和线纹尺等位移传感器的主要特性见后表。例如：螺纹磨床的自动修正系统，其传感器为由双频激光干涉仪系统构成的线位移传感器和由它与光学增益编码器组成的角度数字传感器。该系统的分辨率可以达到0.5m或更高。第3章质量控制和运行监控系统 为了获取精密的零件，要求把驱动系统终端输出与对理论目标值的偏离值作为反馈信号，以便对精度进行反馈控制。在这种加工精度反馈控制(又称精度补偿或修正)中，位置的分辨率是重要的传感量。激光干涉系统常被用来作为位

31、移（置）误差反馈传感器。工业实践证明，利用这类高分辨率传感系统可以使加工误差减少9/10。但由于干扰测量对环境条件的苛刻要求，其工业应用范围较小。位移(置)传感器 第3章质量控制和运行监控系统 B.主轴和回转系统的检测传感 主轴轴承和主轴部件的回转误差对工件的圆度有很大的影响。一种先进的主轴系统采用回转码盘精密地测定主轴的回转误差，可以实现纳米级分辨力的传感检测，其微机补偿系统可以把主轴偏差控制在0.05m以下。但该系统比较贵。80年代初开始的三点接触圆度与圆柱度的检测传感法已在我国大型尺寸零件圆度与圆柱度的加工测量中应用。它是电感传感器和三点测量法在大型精密零件加工中的典型应用。CNC圆度、

32、圆柱度测量仪视频第3章质量控制和运行监控系统 由于热变形将改变主轴的预紧状况。在滚柱轴承支承系统中，这一问题尤为严重。为此，采用基于应变片或声发射传感器的温度补偿系统对之进行监视与控制。在主轴和回转部件监视中，还采用以下检测传感器：探测监视轴承变形的感应传感器或涡流传感器、监视卡盘夹紧状况的载荷单元传感器、在线齿轮监视系统的角度传感器、监视主轴回转误差的示波器监视传感器系统等。第3章质量控制和运行监控系统 C.机床状态监视传感 基于扭矩、电流/功率的机床状态监视系统采用传感主轴或进给电动机的电流、电压和功率的霍尔传感器，传感冷却液供应时机的切削扭矩传感器，传感运动件间接近状况的涡流传感器和传感

33、接触状况的声发射传感器或光学传感器，进行扭矩自适应控制的扭矩传感器等。此外，也经常采用为进行机床热变形误差补偿的温度传感器。第3章质量控制和运行监控系统 D.刀具状态的检测 刀具损坏的形式主要有磨损和破损两类。前者是连续的逐渐磨损；后者包括脆性破损(如崩刃、碎断、剥落、裂纹破损等)和塑性破损两种。刀具磨损直接影响加工效率、质量和成本。刀具磨损的形式有以下几种：前刀面磨损、后刀面磨损和边界磨损。刀具在一定的切削条件下使用时，如果经受不住强大的应力(切削力或热应力)，就可能发生突然损坏，使刀具提前失去切削能力，这种情况就称为刀具破损。刀具的破损有早期和后期(加工到一定的时间后的破损)两种。刀具破损

34、的形式分脆性破损和塑性破损两种。硬质合金和陶瓷刀具在切削时，在机械和热冲击作用下，经常发生脆性破损。脆性破损又分为：崩刃、碎断、剥落和裂纹破损。第3章质量控制和运行监控系统 刀具破损监测可分为直接监测和间接监测两种。所谓直接监测，即直接观察刀具状态，确认刀具是否破损。其中最典型的方法是ITV(Industrial Television，工业电视)摄像法。间接监测法即利用与刀具破损相关的其它物理量或物理现象，间接判断刀具是否已经破损或是否有即将破损的先兆。这样的方法有测力法、测温法、测振法、测主电机电流法和测声发射法等。第3章质量控制和运行监控系统4)常用探测方法的原理 (1)用切削力检测刀具状

35、态 FxFc Fy Fp Fz Ff第3章质量控制和运行监控系统(2)声发射法声发射钻头破损检测装置系统图 第3章质量控制和运行监控系统4.自适应控制自适应控制的研究对象是具有一定程度不确定性的系统，这里所谓的“不确定性”是指描述被控对象及其环境的数学模型不是完全确定的，其中包含一些未知因素和随机因素。自适应控制能够随着环境条件和过程参数的变化自行调整或修改控制参数，是被控对象或过程达到预期的目标。分类：约束型自适应控制ACC：控制参数受限制，目标控制量预先给定并能直接测量。优化型自适应控制AOC：给定的是目标函数，根据优化目标函数和影响过程的参数来确定控制参数。自适应控制的关键在于系统的模型辨识。第3章质量控制和运行监控系统常规的反馈控制系统对于系统内部特性的变化和外部扰动的影响都具有一定的抑制能力，但是由于控制器参数是固定的，所以当系统内部特性变化或者外部扰动的变化幅度很大时，系统的性能常常会大幅度下降，甚至是不稳定。所以对那些对象特性或扰动特性变化范围很大，同时又要求经常保持高性能指标的一类系统，采取自适应控制是合适的。但是同时也应当指出，自适应控制比常规反馈控制要复杂的多，成本也高的多，因此只是在用常规反馈达不到所期望的性能时，才会考虑采用。2023-1-10第3章质量控制和运行监控系统