1、检测过程自动化检测过程自动化1精品课件第1页，共77页。2 主要介绍机械加工过程中检测技术的基本概念、分类、检测方法主要介绍机械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，和常用的检测装置，重点讲工件、刀具及加工设备对加工后的工件进行检重点讲工件、刀具及加工设备对加工后的工件进行检测，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。测，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。机械制造系统？机械加工系统？从概念包含的范围看，机械加工系统是机械制造系统的子系统。从概念包含的范围看，机械加工系统是机械制造系统的子系统。本章主要介绍的是机械加工阶段相关检测技术。本章主
2、要介绍的是机械加工阶段相关检测技术。精品课件第2页，共77页。一、制造过程的检测技术3 机械加工系统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、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。成零件或产品。图图 6-1 机械加工系统的基本概念机械加工系统的基本概念 要把握住加工过程中要把握住加工过程中各种有价值的数据信息各种有价值的数据信息，才能实现被加，才能实现被加工工件的质量控制、加工工艺过程的监测、加工过程的优化以工工件的质量控制、加工工艺
3、过程的监测、加工过程的优化以及设备的正常运行。及设备的正常运行。精品课件第3页，共77页。一、制造过程的检测技术4 机械加工系统机械加工系统在不同的生产条件下，通过自身的定位装夹、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。材料加工成零件或产品。图图 6-1 机械加工系统的基本概念机械加工系统的基本概念 要把握住加工过程中要把握住加工过程中各种有价值的数据信息各种有价值的数据信息，才能实现被加工工，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
4、优化以及设备的正件的质量控制、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。常运行。精品课件第4页，共77页。5l 对对加工后加工后的工件进行检测，的工件进行检测，仅能起到仅能起到剔除废品剔除废品的的作用作用，因此，因此检测过程检测过程是是被动的被动的；l 对对加工中加工中的工件进行检测，的工件进行检测，并根据检测结果通过控制系统对并根据检测结果通过控制系统对加工过程进行控制，这种方式能加工过程进行控制，这种方式能防止废品的产生防止废品的产生，检测过程是，检测过程是主动的主动的；l 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，就能实如果进一步对测得的加工过程参数进行优化，并
5、校正机床系统，就能实现自适应控制。现自适应控制。精品课件第5页，共77页。6 检测方法检测方法直接测量与间接测量直接测量与间接测量接触测量和非接触测量接触测量和非接触测量 在线测量和离线测量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 何量何量的大小值的大小值，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关
6、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？精品课件第6页，共77页。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表面接测量器具的测量头直接与被测对象的表面接触，触，工件被测参数的变化，直接反映在量杆的移动量上。工件被测参数的变化，直接反映在量杆的移动量上。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面测量器具的测量头不与被测对象表面接触接触，而是借助电磁感应、气压，光束或放射性同位而是借助电磁感应、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素的射线等的作用，以反映被测参数的变化。这种测量。这种测量方式，方式，没有因为测头与被测对象
7、接触发生磨损而产生的没有因为测头与被测对象接触发生磨损而产生的误差误差，故在现代制造系统中，具有明显的，故在现代制造系统中，具有明显的优越性优越性。精品课件第7页，共77页。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统运行过程中对被测对中对被测对象进行检测。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控制系统调整加工过程，可实现自动化测量。可实现自动化测量。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检测。在被测对象加工后脱离加工系统在进行检测。需人工干预需人工干预将测量结果输入控制系统，
8、以调整后续加工将测量结果输入控制系统，以调整后续加工过程。过程。精品课件第8页，共77页。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精品课件第9页，共77页。10 检测装置检测装置检测对象检测对象不同，不同，检测要素检测要素不同，不同，检测手段检测手段不同，检测装置也不不同，检测装置也不同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？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工人工检测：检测：是是人操作
9、人操作检测工具检测工具，收集分析数据收集分析数据信息（离线检测）信息（离线检测），为为产品质量控制提供依据产品质量控制提供依据；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。自动检测自动检测：是借助于：是借助于各种自动化检测装置各种自动化检测装置和和检测检测技术技术（可在线监测）（可在线监测），自动地灵敏地自动地灵敏地反映被测工件及设备的参数，为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。精品课件第10页，
10、共77页。11 检测装置检测装置自动检测装置的检测范围自动检测装置的检测范围l 从从制品制品（零件、部件和产品）的（零件、部件和产品）的尺寸、形状、缺陷等的尺寸、形状、缺陷等的静态检测静态检测，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 从对各种从对各种工艺过程及其设备工艺过程及其设备的调节与控制的调节与控制，到实现，到实现最佳条件的自动最佳条件的自动生产生产，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：自动化检测的优点：检测时间短并可与加工时间重合，使生产率进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
11、的观测误差和操作水平的影响；迅速及时地一步提高；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。行调整，为加工过程的实时控制提供了条件。精品课件第11页，共77页。12 检测装置检测装置自动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：三坐标测量机、激光测径仪以及气动测微仪、电动测微三坐标测量机、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；仪和
12、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 用于刀具磨损或破损监测的：用于刀具磨损或破损监测的：噪声频谱、红外发射、探噪声频谱、红外发射、探针测量等测量装置；针测量等测量装置；l 它们的主要作用就在于全面地、快速地获得有关产品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。质量的信息和数据。精品课件第12页，共77页。13 自动检测的类型自动检测的类型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
13、收和分组（1分为合格品与废品；分为合格品与废品；2合格品分合格品分组）。组）。这种检验只能发现废品，不能预防废品的产生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（主动检测）工艺过程精度检测（主动检测）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。精品课件第13页，共77页。14二、工件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工件尺寸精度是直接反映产品质量的指标，因此，因此在许多自动化制造中都在许多自动化制造中都采用自动测量工件的方法来保采用自动测量
14、工件的方法来保证产品质量和系统的正常运行证产品质量和系统的正常运行。u检测方法检测方法 检测方法按其在制造系统中所处的位置可以分为：检测方法按其在制造系统中所处的位置可以分为：1.离线检测离线检测2.在线检测在线检测精品课件第14页，共77页。151.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（其检测手段可在自动化制造系统生产线以外进行检测（其检测手段可以是人工或自动）以是人工或自动），其检测周期长，难以及时反馈质量信，其检测周期长，难以及时反馈质量信息。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。工序间检测工序间检测可实现加工精度的在线检测及可
15、实现加工精度的在线检测及实时补偿实时补偿。（可在。（可在后续加工工序中进行补偿，以保证后续加工工序中进行补偿，以保证此产品此产品的尺寸精度）。的尺寸精度）。最终工序检测最终工序检测对已加工完成的产品进行检测，找出误差产对已加工完成的产品进行检测，找出误差产生的原因，调整加工过程。（以保证生的原因，调整加工过程。（以保证下一个下一个产品的尺寸精度）产品的尺寸精度）精品课件第15页，共77页。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
16、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）服服从一定的统计规律从一定的统计规律，因此可以用统计方法分析其对测量结果的影响。（每一每一次测量中，随机误差的大小和方向不定次测量中，随机误差的大小和方向不定）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限多次测量所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。得结果的平均值之差。精品课件第16页，共77页。17 系统误差：系统误差：系统误差的
17、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结果的平均值与被测量真值之差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。（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？精品课件第17页，共77页。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：
18、1、切削热引起切削热引起刀具的伸长刀具的伸长，使得，使得加工尺寸加工尺寸与理论尺寸有差别与理论尺寸有差别；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削力受切削力和切削热作用下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。实时实时在在线线测测量量 精品课件第18页，共77页。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图中机床、执行机构与测量装置构成一个闭环系统闭环系统。在机床加。在机床加工工件的同
19、时，自动测量头对工工件的同时，自动测量头对工件进行测量工件进行测量，将测得的工件尺寸变化量，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、停车过程（如刀具补偿、停车等）。等）。图图 6-4 磨削加工中自动测量原理方框图磨削加工中自动测量原理方框图 精品课件第19页，共77页。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C
20、MM）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密测量仪器精密测量仪器。现代现代CMM不仅能在计算机控制下完成各种复杂测量（工件尺寸误差、不仅能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），而且可以复杂轮廓形状误差），而且可以通过与数控机床交换信息，实现对加通过与数控机床交换信息，实现对加工的控制。工的控制。图图 6-6 悬臂式三坐标测量机的示意结构悬臂式三坐标测量机的示意结构 组成组成工作台、三维测量工作台、三维测量头、坐标位移测量装置和计算机头、坐标位移测量装置和计算机数控装置等组成。数控装置等组成。精品课件第20页，共7
21、7页。21u三坐标测量机三坐标测量机使用使用加工前测量和加工后测量两种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其它加工工序。位的尺寸和相互位置精度，再送至装配工序或线上其它加工工序。检测装置独立于机床，工检测装置独立于机床，工件需在机床与检测装置之件需在机床与检测装置之间运输间运输精品课件第21页，共77页。22u三坐标测量机三坐
22、标测量机测量测量在数控程序的控制下在数控程序的控制下，三维测三维测头沿被测工件表面移动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。测尺寸。使用要求（对环境的要求）使用要求（对环境的要求）由于它的测量精度及可靠性与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。周围环境的稳定性有关，故其对使用环境要求较高。CMM必须必须安装在安装在恒温的环境恒温的环境中，并要中，并
23、要防止敞露的表面和关键部位收到污染防止敞露的表面和关键部位收到污染。精品课件第22页，共77页。23u三维测头的使用三维测头的使用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将工件从机床上运输至CMM进行测量，以减少工件来回和等待的时进行测量，以减少工件来回和等待的时间，减少设备购入。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。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。工件经过高压切削液冲洗，并用压缩空气吹干后进行检测。精品课件
24、第23页，共77页。24u三维测头的使用三维测头的使用图图 6-7 数控机床的三维测头数控机床的三维测头 图图 6-8 三维测头自动测量系统原理三维测头自动测量系统原理 测测头的测量杆头的测量杆接触工件表面后接触工件表面后，通过感应式或红外传送式传感器将，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，计算机控制系统根据位置检位置检测装置的反馈数据得知接触点的位置坐标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，通过相关软件进行计算和和处理，达到不同的测量目的。处理，达到不同的测量目的。精品课件第24页，
25、共77页。25u激光测径仪激光测径仪使用使用常用在钢管、钢棒的热轧生产线中测量工件的常用在钢管、钢棒的热轧生产线中测量工件的外径外径。能用于。能用于轧制时的高温、振动大的恶劣环境轧制时的高温、振动大的恶劣环境。图图6-9 激光测径仪原理图激光测径仪原理图 工作原理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，当同上，当同步电动机步电动机M带动多面棱镜旋转后，激光束通过透镜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。称为平行扫描光束。平行扫描光束经过透镜平行扫描光束经过透镜L5后聚焦到光敏二极管后聚焦到光敏二极管V上。上。精品课
26、件第25页，共77页。26u激光测径仪激光测径仪l如果透镜如果透镜L4与透镜与透镜L5之间之间没有被测的钢管没有被测的钢管，那么光敏二极管接收到的信号是一个，那么光敏二极管接收到的信号是一个方波脉冲方波脉冲，如，如6-10（a）。脉冲宽度）。脉冲宽度T与同步电机的转速、透镜与同步电机的转速、透镜L4的焦距多面的焦距多面棱镜的结构有关。棱镜的结构有关。l若有被测件，则波形如若有被测件，则波形如6-10（b），其中脉冲宽度，其中脉冲宽度T 与被测件的尺寸（钢管与被测件的尺寸（钢管的直径）成正比。的直径）成正比。图图 6-10 激光测径仪波形图激光测径仪波形图 图图6-9 激光测径仪原理图激光测径仪
27、原理图 精品课件第26页，共77页。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，机器人测量具有在线、灵活、高效等特点，特别适合自动化制造系特别适合自动化制造系统中的工序间和过程测量统中的工序间和过程测量。机器人辅助测量分为机器人辅助测量分为直接测量直接测量和和间接测量间接测量：直接测量称为绝对测量，：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
28、程，它的程，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。图图 6-11 机器人辅助测量机器人辅助测量 精品课件第27页，共77页。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。有达到实用程度。精品课件第28页，共77页。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，指在设备运行、生产不停顿的情况下，根据信
29、号处理的基本原理，跟跟踪并掌握设备的当前运行状态踪并掌握设备的当前运行状态，预测未来的状况预测未来的状况并根据出现的情况对生产并根据出现的情况对生产线线进行必要的调整进行必要的调整。分类（检测范围与深度不同）分类（检测范围与深度不同）自动检测自动检测：即加工中测量仪与机床、刀具、工件等设备组成闭环：即加工中测量仪与机床、刀具、工件等设备组成闭环系统。检测系统。检测工件尺寸的变化量工件尺寸的变化量。机床监测：即对加工设备状态进行监视机床监测：即对加工设备状态进行监视。通过传感元件。通过传感元件监测有关机床、监测有关机床、产品及加工过程的信息产品及加工过程的信息。自适应控制：指加工系统能自适应控制
30、：指加工系统能自动适应客观条件自动适应客观条件的变化而进行相应的自我的变化而进行相应的自我调节。调节。精品课件第29页，共77页。30实现在线检测的方法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。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。可组成自动线可组成自动线也具有自动检测与补偿功能。也具有自动检测与补偿功能。组合机床自动线组合机床自动线/专用机床自动线专用机床自动线在自动线中适当的位置
31、设置自动检测工位，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调整。由人工对自动线进行调整。精品课件第30页，共77页。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一些采用调整法进行加工的机床，工件的尺寸精度主要取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于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。当工件的精度要求较高，而切削工具磨损较快时，则机床工作时间不长，当工件的精度要求较高，而切削工具磨损较快时，则机床工作时间不长，工件的尺寸精度就会显著下降。工件的尺寸精度就会显著下降。p刀具磨损是直接影响被加工工件刀具磨损是直接影响被加工工件尺寸精度尺寸精
32、度的因素的因素。如要保持工件的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。加工精度就必须经常停机调刀，又会影响加工效率。p必须采取措施来解决加工中工件的自动测量和刀具的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。自动补偿问题。刀具处于正常磨损状态精品课件第31页，共77页。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。偿刀刃因磨损对工件加工尺寸带来的影响。图图 6-12 自动补偿的基本过程自动补偿的基本过程1-
33、工件工件 2-测量装置测量装置 3-信号转换、放大装置信号转换、放大装置 4-控制线路控制线路5-机床机床 6-控制线路控制线路 7-分类机分类机 8-合格合格 补偿原理补偿原理机床机床5加工后的零件送加工后的零件送至检测装置至检测装置2处检测，若工件尺寸超过一定处检测，若工件尺寸超过一定值，检测装置产生补偿信号，经值，检测装置产生补偿信号，经3、4后操后操纵机床纵机床5上的自动补偿装置使刀具按指定上的自动补偿装置使刀具按指定值做补偿运动。值做补偿运动。当出现的废品超过规定数值，控制线路当出现的废品超过规定数值，控制线路6使机床停止工作。使机床停止工作。精品课件第32页，共77页。33补偿量的
34、大小取决于工件的精度要求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。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。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。由于补偿是由于补偿是滞后滞后的，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。限。
35、图图 6-13 被加工工件的尺寸分布与补偿被加工工件的尺寸分布与补偿 轴轴孔孔精品课件第33页，共77页。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。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状态的自动识别指对刀具切削状态刀具切削状态的识别。主要是在加工过程中的识别。主要是在加工过程中能在线识别出切削状态（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振刀具磨损、破损、切屑缠绕以及切削颤振等）等）。u常用的识别刀具状态的方法常用的识别刀具状态的方法（1）功率检测）功率检测刀具
36、切削过程中，通过刀具切削过程中，通过测量主轴电动机负载测量主轴电动机负载来识别刀具的来识别刀具的磨损状态磨损状态。因。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。说明刀具磨损严重，需换刀。刀具装在主轴上精品课件第34页，共77页。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常用的识别刀具状态的方法（3）声发射检测）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波强度比正常值
37、高37倍。如果通过声发射检测方式检测到声波强度迅速增倍。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。强，表明刀具磨损严重，需换刀。（4）学习模式）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，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，再将其用于实际刀具状态识别对神经网络进行训练，当系统具有一定的判断力后，再将其用于实际刀具状态识别中。中。（2）力检测）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
38、大小，如果大于设定值，则判断刀具磨损，需换刀。的大小，如果大于设定值，则判断刀具磨损，需换刀。精品课件第35页，共77页。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通过检测电动机电流信号电动机电流信号来识别刀具磨损状态。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
39、材料也密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、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。别模型。检测何信息？电流信号与刀具磨损量的关系？精品课件第36页，共77页。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，把刀具磨损量分为根据钻削过程的要求，把刀具磨损量分为A、B、C
40、三类，各类的平均三类，各类的平均磨损量分别为：磨损量分别为：0.2mm、0.5mm、0.8mm。2.电流信号模型电流信号模型 电流信号电流信号I与切削速度与切削速度v、进给量、进给量f、刀具直径、刀具直径d、刀具磨损量、刀具磨损量w相关，当使相关，当使用新的切削刃时用新的切削刃时 图图 6-14 钻削电流神经网络模型钻削电流神经网络模型 321aaassdfvkI 321bbbffdfvkI主轴电流幅值主轴电流幅值进给电流幅值进给电流幅值精品课件第37页，共77页。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对应的A/B/C类刀具磨损量建立电流神经网络数学模型。类刀具磨损量建立
41、电流神经网络数学模型。图图 6-14 钻削电流神经网络模型钻削电流神经网络模型 321aaassdfvkI 321bbbffdfvkI主轴电流幅值主轴电流幅值进给电流幅值进给电流幅值若已知切削速度若已知切削速度v、进给量、进给量f、刀具直径、刀具直径d（在当前的刀具磨损量下（在当前的刀具磨损量下w），会），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。贴近程度反映刀具磨损属于何类。精品课件第38页，共77页。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
42、别技术是紧密相连的。刀具的监测建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。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）刀具状态监测实际刀具状态监测实际应用方法应用方法 直接测量法：就是直接测量法：就是直接检测刀具的磨损量直接检测刀具的磨损量，并通过控制系统控制补偿机，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。构进行相应的补
43、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，常需停机测量精品课件第39页，共77页。40刀具状态监测实际刀具状态监测实际应用方法应用方法 间接测量间接测量法法：刀具的磨损区往往很难直接测到，常常通过测量：刀具的磨损区往往很难直接测到，常常通过测量切削切削力、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，一般加工中心而言测量装置是无法装在刀
44、具上，一般情况下，情况下，就装在主轴的轴承上，这种轴承称为测力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定刀具的轴承。通过测量测力轴承的受力情况来确定刀具的磨损情况磨损情况。u刀具状态监测刀具状态监测精品课件第40页，共77页。41u刀具的自动监控刀具的自动监控刀具刀具的自动监控的自动监控主要集中在主要集中在刀具寿命刀具寿命、刀具磨损刀具磨损、刀具破损刀具破损以及以及其其他形式的刀具故障他形式的刀具故障等方面等方面。采用刀具监控技术后，可减少。采用刀具监控技术后，可减少75%的由人的由人和技术因素引起的故障停机时间。和技术因素引起的故障停机时间。刀具寿命自动监控刀
45、具寿命自动监控 通过对通过对刀具加工时间的累计刀具加工时间的累计，直接监控刀具的寿命，直接监控刀具的寿命。当累计时。当累计时间达到预定刀具寿命时，发出换刀信号；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，通过提前计算出刀具寿命内可加工的工件数，通过计工件数计工件数来实现来实现刀具寿命监控（加工同一种工件）；刀具寿命监控（加工同一种工件）；。精品课件第41页，共77页。42u刀具的自动监控刀具的自动监控刀具磨损、破损的自动监控刀具磨损、破损的自动监控 切削力、扭矩、振动、声切削力、扭矩、振动、声发射（发射（AE）、激光（表面粗糙度）、激光（表面粗糙度）图图 6-17
46、刀具磨损振动监测系统原理图刀具磨损振动监测系统原理图1-工件工件 2-加速度计加速度计 3-刀架刀架 4-车刀车刀刀架的垂直方向（敏感方向）上安装加速度传感刀架的垂直方向（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，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用计算机进行分析比较，当判别刀具磨损的振动特征量超过允许值，控制器发出换刀信号。特征量超过允许值，控制器发出换刀信号。精品课件第42页，共77页。43u刀具的自动监控刀具的自动监控刀具磨损、破损的自动监控刀具磨损、破损的自动监控 切削力、扭矩、振动、声切削力、扭矩、振动、声发
47、射（发射（AE）、激光（表面粗糙度）、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、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。机床控制器发出换刀信号。图图 6-18声发射钻头破损监测装置原理图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，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。既可用于车刀、铣刀等较大
48、的刀具的监测，也可用于小刀具如小钻头的监测。精品课件第43页，共77页。44轻松一刻轻松一刻神奇的拆迁机器人神奇的拆迁机器人精品课件第44页，共77页。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.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
49、种检测的对象一般是 。精品课件第45页，共77页。四、加工设备的自动监测46监控系统的组成监控系统的组成 自动化加工监控系统主要由自动化加工监控系统主要由信号检测信号检测、特征提取特征提取、状态识别状态识别、决策决策和控制和控制等四个部分组成。等四个部分组成。图图6-19 加工过程监控系统一般结构加工过程监控系统一般结构（1）信号检测：）信号检测：监控系统的首要步骤，加工监控系统的首要步骤，加工过程中产生的信号类型各异，从过程中产生的信号类型各异，从不同角度反映不同角度反映加工状态的变化加工状态的变化。信号需要用相应的传感器获取。信号需要用相应的传感器获取。（2）特征提取：）特征提取：对检测信
50、号进行进一步处理，对检测信号进行进一步处理，从从大量检测信号中提取出与加工状态变化相关的大量检测信号中提取出与加工状态变化相关的特征参数特征参数。精品课件第46页，共77页。四、加工设备的自动监测47监控系统的组成监控系统的组成 自动化加工监控系统主要由自动化加工监控系统主要由信号检测信号检测、特征提取特征提取、状态识别状态识别、决策和决策和控制控制等四个部分组成。等四个部分组成。图图6-19 加工过程监控系统一般结构加工过程监控系统一般结构（3）状态识别：）状态识别：通过建立合理的识别模型，根据所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获取加工状态的特征参
