质量控制和运行监控系统

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,#,主讲教师,:,陈银银,chenAgAg,15824807783,第,三,章 焊接自动化系统的组成,主要内,容,容：,工业机,器,器人,质量控,制,制和运,行,行监控,系,系统,辅助设,备,备,控制与,通,通信系,统,统,1.,概,概述,1),基,基本概,念,念,检测技,术,术是机,械,械制造,系,系统不,可,可缺少,的,的部分,。,。,检测系,统,统与加,工,工系统,各,各组成,元,元素之,间,间的关,系,系。,机械加,工,工系统,的,的组成,质量控,制,制和运,行,行监控,系,系统,2),检,检测内,容,容及方,法,法,在自动,化,化制造,系,系统的,加,加工过,程,程中，,为,为了保,证,证加工,质,质量和,系,系统的,正,正常运,行,行，需,要,要对系,统,统运行,状,状态和,加,加工过,程,程进行,检,检测与,监,监控。,(1),运,运行,状,状态检,测,测与监,控,控,自动化,制,制造系,统,统中，,需,需要检,测,测与监,控,控的运,行,行状态,通,通常包,括,括：,A.刀具信,息,息。,B.机床状,态,态信息,。,。,C.系统运,行,行状态,信,信息。,D.在线尺,寸,寸测量,信,信息。,E.系统安,全,全情况,信,信息。,F.仿真信,息,息。仿,真,真信息,包,包括以,下,下内容,：,：零件,的,的数控,程,程序是,否,否准确,；,；有无,碰,碰撞干,涉,涉情况,；,；仿真,综,综合结,果,果情况,等,等。,检测与监控系统的组成,(2),工,工件,尺,尺寸精,度,度检测,A.直接测,量,量与间,接,接测量,；,；,B.接触测,量,量和非,接,接触测,量,量；,接触式,传,传感器,测,测量：,检,检测尺,寸,寸、形,状,状、相,互,互位置,非接触,式,式传感,器,器(光,学,学、非,光,光学),测,测量：,无,无接触,变,变形，,速,速度快,PROC,AUT,PROC,AUT,PROC,AUT,INSPMAN,抽样,离线检测,PROC,AUT,INSPMAN,在线/过程中检测,反馈信号,三类检,测,测,C.在线测,量,量和离,线,线测量,。,。,离线检,测,测：过,程,程稳定,，,，超差,风,风险小,在线/,过,过程中,检,检测：,实,实时，,瓶,瓶颈工,序,序,在线/,过,过程后,检,检测：,滞,滞后时,间,间短，,应,应用较,多,多,在线/过程后检测,PROC,AUT,INSPMAN,SORT,AUT,分类指令,成品,废品,(3),刀,刀具,磨,磨损和,破,破损的,检,检测方,法,法,A.刀具、,工,工件尺,寸,寸及相,对,对距离,测,测定法,；,；,B.放射线,法,法；,C.电阻法,；,；,D.光学图,像,像法；,E.切削力,法,法；,F.切削温,度,度法；,G.切削功,率,率法；,H.振动法,；,；,I.噪声分,析,析法；,K.加工表,面,面粗糙,度,度法,(4),人,人工,检,检测与,自,自动化,检,检测,3),检,检测装,置,置简介,(1),尺,尺寸,测,测量装,置,置,定尺寸,测,测量装,置,置，三,坐,坐标测,量,量机，,激,激光测,径,径仪，,气,气动测,微,微仪，,电,电动测,微,微仪，,电,电容、,电,电感式,测,测量机,(2),粗,粗糙,度,度测量,装,装置,表面轮,廓,廓仪,(3),刀,刀具,状,状态监,测,测装置,噪声频,谱,谱分析,仪,仪，红,外,外发射,传,传感器,，,，探针,，,，切削,力,力分析,仪,仪，切,削,削功率,计,计，声,发,发射传,感,感器,2.,工,工件尺,寸,寸的自,动,动测量,、,、主要,设,设备及,其,其工作,原,原理,实时在,线,线检测,是,是提高,加,加工质,量,量，满,足,足工件,尺,尺寸、,形,形状精,度,度要求,的,的重要,保,保障。,在线测,量,量一般,指,指测量,加,加工制,造,造系统,的,的系统,误,误差，,随,随机误,差,差因无,法,法控制,，,，一般,不,不测量,。,。,在线检,测,测方法,：,：,工件形,状,状及尺,寸,寸等宏,观,观级和,信,信息：,触,触针式,、,、摩擦,轮,轮方式,、,、气动,测,测微仪,方,方式、,电,电测微,方,方式、,光,光学方,式,式和超,声,声波方,式,式。,圆度等,微,微观几,何,何信息,：,：气动,测,测微仪,、,、电动,测,测微仪,、,、电涡,流,流方式,。,。,1),三,三坐标,测,测量机,三坐标,测,测量机是集成,了,了精密,机,机械、,电,电子技,术,术、计,算,算机技,术,术、光,学,学等先,进,进技术,而,而发展,起,起来的,一,一种高,效,效的几,何,何量精,密,密测量,机,机。,用途：,多,多种几,何,何量测,量,量，设,计,计一体,化,化，实,物,物程序,编,编制,类型：,按功能,水,水平可,分,分为：,数显及,打,打字型,：,：手动,或,或机动,测,测量，,结,结果需,人,人工处,理,理。,微机型,：,：手动,或,或机动,测,测量，,结,结果由,微,微机处,理,理。,计算机,数,数控型,：,：可按,程,程序通,过,过计算,机,机数控,系,系统进,行,行自动,测,测量。,这,这是目,前,前主要,的,的常用,机,机型。,测量原,理,理,将被测,物,物体置,于,于三坐,标,标测量,空,空间，,可,可获得,被,被测物,体,体上各,测,测点的,坐,坐标位,置,置，根,据,据这些,点,点的空,间,间坐标,值,值，经,计,计算求,出,出被测,物,物体的,几,几何尺,寸,寸，形,状,状和位,置,置。,基本原,理,理就是,通,通过探,测,测传感,器,器(探,头,头)与,测,测量空,间,间轴线,运,运动的,配,配合，,对,对被测,几,几何元,素,素进行,离,离散的,空,空间点,位,位置的,获,获取，,然,然后通,过,过一定,的,的数学,计,计算，,完,完成对,所,所测得,点,点(点,群,群)的,分,分析拟,合,合，最,终,终还原,出,出被测,的,的几何,元,元素，,并,并在此,基,基础上,计,计算其,与,与理论,值,值(名,义,义值),之,之间的,偏,偏差，,从,从而完,成,成对被,测,测零件,的,的检验,工,工作。,a) b) c) d),三坐标测量机的结构形式,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：结构与立车相似,龙门式结构：结构与门式起重机相似，用于大件测量,悬臂式,三,三坐标,测,测量机,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,可完成,测,测量项,目,目,三坐标,测,测量机,可,可完成,的,的测量,项,项目,测量系,统,统,三坐标,测,测量机,上,上测量,系,系统的,主,主要部,件,件是测,量,量头和,测,测长系,统,统。,测量头,三坐标,测,测量机,的,的测量,精,精度和,效,效率与,测,测量头,密,密切相,关,关。目,前,前常用,的,的测量,头,头有以,下,下几种,。,。,机械接,触,触式测,头,头(硬,测,测头),，,，基本,上,上已淘,汰,汰,电气式,测,测头，,根,根据其,原,原理和,功,功能可,分,分为动,态,态式和,静,静态式,两,两种。,是,是目前,应,应用最,广,广的一,种,种,光学非,接,接触式,测,测头，,可,可用于,对,对空间,曲,曲面、,软,软体表,面,面、光,学,学刻线,等,等的测,量,量，尤,其,其是不,能,能用机,械,械测头,和,和电气,测,测头测,量,量的工,件,件，只,能,能用光,学,学非接,触,触式测,头,头。,常用测,量,量方法,点位测,量,量,常用于,测,测量对,象,象是由,简,简单几,何,何面构,成,成的普,通,通机械,零,零件。,点,点位测,量,量时对,测,测量头,的,的控制,方,方式有3种。,人工控,制,制、全,自,自动控,制,制、半,自,自动控,制,制,连续扫,描,描测量,常用来,测,测量曲,面,面。测,量,量曲面,时,时，测,量,量机能,对,对以下5种扫,描,描轮廓,线,线类型,进,进行控,制,制和数,据,据处理,。,。,扫描,轮,轮廓线,位,位于一,个,个通过,测,测量头,轴,轴线的,平,平面内,。,。,扫描,轮,轮廓线,构,构成的,平,平面与,测,测量头,垂,垂直。,扫描,轮,轮廓线,沿,沿一个,柱,柱面。,扫描,轮,轮廓线,所,所在平,面,面既不,通,通过也,不,不垂直,于,于测量,头,头轴线,。,。,扫描,轮,轮廓线,既,既不位,于,于平面,也,也不沿,一,一个柱,面,面。,实物照,片,片,2),三,三维测,头,头,三维测,头,头分为导电式,测,测头和,触,触发式,测,测头两,种,种。,导电式,测,测头的,工,工作原,理,理：在,测,测头的,内,内部有,一,一个未,闭,闭合的,有,有电源,电,电路，,该,该电路,断,断点的,两,两端分,别,别与测,头,头上相,互,互绝缘,的,的测针,、,、测头,柄,柄相连,接,接，因,此,此，测,头,头的测,针,针和柄,部,部实际,上,上就是,测,测头内,部,部电路,常,常开开,关,关的两,端,端；当,测,测头通,过,过柄部,连,连接在,机,机床的,主,主轴上,时,时，由,于,于机床,和,和其工,作,作台上,的,的工件,(,(金属,材,材质),都,都是导,电,电体，,所,所以只,要,要测头,上,上测针,的,的触头,与,与工件,表,表面接,触,触，测,头,头内部,的,的电路,就,就会形,成,成闭合,回,回路，,电,电路立,即,即开始,工,工作并,在,在测头,主,主体上,产,产生声,光,光信号,，,，指明,其,其工作,状,状态。,触发式,测,测头的,工,工作原,理,理：在,测,测头内,部,部有一,个,个闭合,的,的有源,电,电路，,该,该电路,与,与一个,特,特殊的,触,触发机,构,构相连,接,接，只,要,要触发,机,机构产,生,生触发,动,动作，,就,就会引,起,起电路,状,状态变,化,化并发,出,出声光,信,信号，,指,指示测,头,头的工,作,作状态,；,；触发,机,机构产,生,生触发,动,动作的,唯,唯一条,件,件是测,头,头的测,针,针产生,微,微小的,摆,摆动或,向,向测头,内,内部移,动,动，当,测,测头连,接,接在机,床,床主轴,上,上并随,主,主轴移,动,动时，,只,只要测,针,针上的,触,触头在,任,任意方,向,向与工,件,件(任,何,何固体,材,材料),表,表面接,触,触，使,测,测针产,生,生微小,的,的摆动,或,或移动,，,，都会,立,立即导,致,致测头,产,产生声,光,光信号,，,，指明,其,其工作,状,状态。,三维测,头,头实物,在数控,机,机床上,采,采用测,头,头进行,测,测量的,工,工作原,理,理,在数控,机,机床上,采,采用测,头,头进行,测,测量时,，,，先将,测,测头安,装,装在机,床,床的主,轴,轴上，,然,然后操,作,作者手,动,动控制,机,机床移,动,动，使,测,测头测,针,针上的,触,触头与,工,工件表,面,面接触,，,，由于,机,机床的,数,数控系,统,统实时,地,地记录,并,并显示,主,主轴的,位,位置坐,标,标值，,因,因此，,可,可以结,合,合测针,的,的触头,与,与工件,的,的具体,位,位置关,系,系，利,用,用机床,主,主轴的,坐,坐标值,换,换算出,工,工件被,测,测量点,的,的相关,坐,坐标值,。,。获得,工,工件的,各,各个被,测,测量点,的,的相关,坐,坐标值,以,以后，,再,再根据,各,各坐标,点,点的几,何,何位置,关,关系进,行,行相关,计,计算，,便,便可以,获,获得最,终,终的测,量,量结果,。,。,测量的,工,工作方,式,式,测头在,数,数控机,床,床上共,有,有两种,工,工作方,式,式，即,：,：手动,方,方式和,编,编程方,式,式。对,于,于没有,信,信号输,出,出功能,的,的测头,，,，只能,采,采用手,动,动方式,。,。对于,具,具有信,号,号输出,功,功能的,测,测头，,两,两种方,式,式均可,采,采用。,采用手,动,动工作,方,方式时,，,，机床,运,运动、,测,测量点,的,的坐标,值,值的记,录,录和测,量,量结果,的,的计算,均,均由操,作,作者手,动,动控制,，,，适合,单,单件、,小,小批量,或,或测量,项,项目变,化,化不定,的,的情况,。,。优点,是,是使用,安,安全，,操,操作者,不,不需要,特,特别培,训,训；缺,点,点是不,适,适合测,量,量点很,多,多，计,算,算较复,杂,杂和大,批,批量生,产,产的情,况,况。,采用编,程,程工作,方,方式时,，,，整个,测,测量过,程,程中机,床,床的运,动,动、被,测,测点坐,标,标值的,记,记录和,测,测量结,果,果的计,算,算都由,操,操作者,事,事先编,写,写的程,序,序确定,，,，它特,别,别适合,大,大批量,或,或复杂,的,的测量,情,情况。,其,其优点,是,是对于,上,上述工,作,作情况,测,测量效,率,率高；,缺,缺点是,要,要求操,作,作者经,过,过专门,的,的培训,。,。,3),激,激光测,径,径仪,激光由,于,于其优,良,良的特,性,性（强,度,度高，,亮,亮度大,，,，单色,性,性、相,干,干性、,方,方向性,好,好等）,在,在精密,测,测量中,得,得到广,泛,泛应用,。,。,可以测,量,量长度,，,，小角,度,度，直,线,线度，,平,平面度,，,，垂直,度,度等；,也可以,测,测量位,移,移，速,度,度，振,动,动，微,观,观表面,形,形貌等,；,；,还可以,实,实现动,态,态测量,，,，在线,测,测量，,并,并易于,实,实现测,量,量自动,化,化。,激光测,量,量精度,目,目前可,达,达0.01m。,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。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。,激光测径仪原理,4),激,激光干,涉,涉测长,仪,仪,固定反射棱镜,双频激光测量系统原理图,干涉测量仪,f,2,+f,2,f,1,氦氖激光器,轴向强磁场,N,S,1/4波片,分光镜,透镜组,f,1,f,2,f,1,f,2,移动反射棱镜,f,2,f,2,+f,2,偏振分光镜,f,1,f,1,f,f,+f,2,氦氖激,光,光器发,出,出的激,光,光，在,轴,轴向强,磁,磁场作,用,用下，,产,产生频,率,率f1和f2旋向相,反,反的圆,偏,偏振光,，,，经1,/,/4波,片,片形成,频,频率f1的垂直,线,线偏振,光,光和频,率,率f2的水平,线,线偏振,光,光。经,透,透镜组,成,成平行,光,光束。,双频激,光,光干涉,仪,仪以其,特,特有的,同,同时具,有,有大测,量,量范围,、,、高分,辨,辨率、,高,高测量,精,精度和,高,高速度,等,等优点,，,，在精,密,密和超,精,精密测,量,量领域,获,获得了,广,广泛的,应,应用。,它,它采用,外,外差干,涉,涉测量,原,原理，,克,克服了,普,普通单,频,频干涉,仪,仪测量,信,信号直,流,流漂移,的,的问题,，,，具有,信,信号噪,声,声小、,抗,抗环境,干,干扰能,力,力强、,允,允许光,源,源多通,道,道复用,等,等诸多,优,优点，,使,使得干,涉,涉测长,技,技术能,真,真正用,于,于实际,生,生产。,例,例如，,精,精密坐,标,标机床,的,的标定,、,、高精,度,度传感,器,器的标,定,定、半,导,导体工,业,业中的,高,高精度,模,模板的,制,制造和,定,定位、,以,以及构,成,成多坐,标,标精密,定,定位多,轴,轴运动,系,系统等,。,。测量,精,精度可,达,达到1nm。,双频激光测量系统,5),超,超声波,测,测厚仪,超声波,测,测厚仪,是,是根据,超,超声波,脉,脉冲反,射,射原理,来,来进行,厚,厚度测,量,量的，,当,当探头,发,发射的,超,超声波,脉,脉冲通,过,过被测,物,物体到,达,达材料,分,分界面,时,时，脉,冲,冲被反,射,射回探,头,头，通,过,过精确,测,测量超,声,声波在,材,材料中,传,传播的,时,时间来,确,确定被,测,测材料,的,的厚度,。,。凡能,使,使超声,波,波以一,恒,恒定速,度,度在其,内,内部传,播,播的各,种,种材料,均,均可采,用,用此原,理,理测量,。,。按此,原,原理设,计,计的测,厚,厚仪可,对,对各种,板,板材和,各,各种加,工,工零件,作,作精确,测,测量，,也,也可以,对,对生产,设,设备中,各,各种管,道,道和压,力,力容器,进,进行监,测,测，监,测,测它们,在,在使用,过,过程中,受,受腐蚀,后,后的减,薄,薄程度,。,。可广,泛,泛应用,于,于石油,、,、化工,、,、冶金,、,、造船,、,、航空,、,、航天,等,等各个,领,领域。,TOUCHSTONE 3是目前,世,世界上,唯,唯一可,以,以同时,测,测量涂,层,层厚度,和,和基材,厚,厚度的测厚仪,6),气,气动测,微,微仪,气动测,微,微仪的,测,测量原,理,理：在,经,经调压,的,的气压,与,与测量,喷,喷咀之,间,间，插,入,入对气,流,流起阻,尼,尼作用,的,的节流,片,片，通,过,过节流,片,片出现,压,压力变,化,化，从,压,压力变,化,化中即,可,可读出,位,位移量,；,；将压,力,力变化,转,转换成,电,电流量,，,，这样,更,更便于,对,对所获,信,信息进,行,行处理,。,。气动,测,测微仪,可,可检测,出,出普通,测,测量器,具,具难以,检,检测的,微,微小变,化,化，放,大,大倍率,也,也很高,，,，最大,可,可放大,到,到40,万,万倍。,但,但气动,测,测微仪,的,的不足,之,之处是,测,测量范,围,围非常,小,小。,7),电,电动量,仪,仪,电动量,仪,仪是将,接,接触头,微,微小位,移,移量转,换,换成电,量,量，利,用,用电子,方,方式将,其,其放大,并,并进行,显,显示，,检,检测精,度,度可达1m。液晶数,字,字显示,的,的数字,式,式电动,测,测微仪,，,，内装,专,专用的LS1,，,，手工操,作,作，可,获,获得0,.,.001mm的测量,值,值。此,外,外，还,有,有一种,测,测量装,置,置和电,动,动测微,仪,仪组合,而,而成的,电,电动测,微,微系统,，,，使测,量,量范围,大,大为扩,展,展；最,近,近还开,发,发出一,种,种简易,型,型电动,测,测微仪,，,，精度,很,很高，,可,可获得0.01m单位的,测,测量值,。,。,电动量,仪,仪种类,很,很多，,一,一般可,分,分为电,感,感式、,电,电容式,和,和光电,式,式等。,由于电,动,动量仪,灵,灵敏度,和,和精度,很,很高，,测,测量装,置,置和显,示,示装置,可,可以分,离,离，所,以,以有利,于,于进行,远,远距离,测,测量和,实,实现测,量,量自动,化,化。,差动式,电,电感传,感,感器,8),利,利用数,控,控机床,进,进行测,量,量,在数控,机,机床上,进,进行测,量,量有如,下,下特点,：,：不需,要,要昂贵,的,的三坐,标,标测量,机,机，但,会,会损失,机,机床的,切,切削加,工,工时间,；,；可以,针,针对尺,寸,寸偏差,自,自动进,行,行机床,及,及刀具,补,补偿，,加,加工精,度,度高；,不,不需要,工,工件来,回,回运输,和,和等待,。,。,9)测量机,器,器人,随着工,业,业机器,人,人的发,展,展，机,器,器人在,测,测量中,的,的应用,也,也越来,越,越受到,重,重视。,机,机器人,测,测量具,有,有在线,、,、灵活,、,、高效,等,等特点,，,，可以,实,实现对,零,零件100,的,的测量,，,，因此,特,特别适,合,合于自,动,动化制,造,造系统,中,中的工,序,序间测,量,量和过,程,程测量,。,。同坐,标,标测量,机,机相比,，,，机器,人,人测量,造,造价低,，,，使用,灵,灵活。,10),专,专用,的,的主动,测,测量装,置,置,在大规,模,模生产,条,条件下,，,，常将,专,专用的,自,自动检,测,测装置,安,安装在,机,机床上,，,，不必,停,停机就,可,可以在,加,加工过,程,程中自,动,动检测,工,工件尺,寸,寸的变,化,化，并,能,能根据,测,测得的,结,结果发,出,出相应,的,的信号,，,，控制,机,机床的,加,加工过,程,程（如,变,变换切,削,削用量,、,、刀具,补,补偿、,停,停止进,给,给、退,刀,刀和停,机,机等）,。,。例如,下,下图所,示,示为磨,床,床上工,件,件外径,自,自动测,量,量及反,馈,馈控制,装,装置的,原,原理图,。,。,11),表,表面,粗,粗糙度,仪,仪,测量表,面,面粗糙,度,度常用,的,的方法,有,有：比,较,较法、,光,光切法,、,、干涉,法,法、针,描,描法和,印,印模法,等,等，而,测,测量迅,速,速方便,、,、测值,精,精度较,高,高、应,用,用最为,广,广泛的,就,就是采,用,用针描,法,法原理,的,的表面,粗,粗糙度,测,测量仪,。,。,针描法,又,又称触,针,针法。,当,当触针,直,直接在,工,工件被,测,测表面,上,上轻轻,划,划过时,，,，由于,被,被测表,面,面轮廓,峰,峰谷起,伏,伏，触,针,针将在,垂,垂直于,被,被测轮,廓,廓表面,方,方向上,产,产生上,下,下移动,，,，把位,移,移通过,电,电子装,置,置把信,号,号加以,放,放大，,然,然后通,过,过指零,表,表或其,它,它输出,装,装置将,有,有关粗,糙,糙度的,数,数据或,图,图形输,出,出来。,表面粗,糙,糙度的,测,测量基,准,准线原,则,则上要,求,求与被,测,测表面,的,的理想,形,形状一,致,致，但,在,在实际,测,测量中,难,难以实,现,现。比,较,较常见,的,的是利,用,用与传,感,感器壳,体,体安装,成,成一体,的,的导头,建,建立相,对,对测量,基,基准。,电感传,感,感器是,轮,轮廓仪,的,的主要,部,部件之,一,一。在,传,传感器,测,测杆的,一,一端装,有,有金刚,石,石触针,，,，触针,尖,尖端曲,率,率半径r很小，,测,测量时,将,将触针,搭,搭在工,件,件上，,与,与被测,表,表面垂,直,直接触,，,，利用,驱,驱动器,以,以一定,的,的速度,拖,拖动传,感,感器。,由,由于被,测,测表面,轮,轮廓峰,谷,谷起伏,，,，触针,在,在被测,表,表面滑,行,行时，,将,将产生,上,上下移,动,动。此,运,运动经,支,支点使,磁,磁芯同,步,步地上,下,下运动,，,，从而,使,使包围,在,在磁芯,外,外面的,两,两个差,动,动电感,线,线圈的,电,电感量,发,发生变,化,化。,传感器,的,的线圈,与,与测量,线,线路是,直,直接接,入,入平衡,电,电桥的,，,，线圈,电,电感量,的,的变化,使,使电桥,失,失去平,衡,衡，于,是,是就输,出,出一个,和,和触针,上,上下的,位,位移量,成,成正比,的,的信号,，,，经电,子,子装置,将,将这一,微,微弱电,量,量的变,化,化放大,、,、相敏,检,检波后,，,，获得,能,能表示,触,触针位,移,移量大,小,小和方,向,向的信,号,号。信,号,号经滤,波,波和平,均,均表放,大,大器放,大,大之后,，,，进入,积,积分计,算,算器，,进,进行积,分,分计算,，,，即可,由,由指示,表,表直接,读,读出表,面,面粗糙,度,度Ra值。,该仪器,适,适于测,定,定0.02-10m的Ra值，少,数,数型号,还,还可测,定,定更小,的,的数值,，,，仪器,配,配有各,种,种附件,，,，以适,应,应平面,、,、内外,圆,圆柱面,、,、圆锥,面,面、球,面,面、曲,面,面以及,小,小孔、,沟,沟槽等,形,形状的,工,工件表,面,面测量,。,。,12),其,其他,测,测量设,备,备,关节臂,测,测量机,全自动,在,在线测,量,量仪,3.,机,机械加,工,工过程,的,的状态,识,识别与,检,检测,1),概,概述,目的：,感,感知系,统,统工作,状,状态，,提,提高系,统,统抵抗,突,突发故,障,障的能,力,力 ，,优,优化切,削,削过程,的,的生产,率,率、制,造,造成本,或,或(金,属,属)材,料,料的切,除,除率等,。,。,内容：,切,切削过,程,程的切,削,削力及,其,其变化,、,、切削,过,过程颤,震,震、刀,具,具与工,件,件的接,触,触和切,削,削时切,屑,屑的状,态,态及切,削,削过程,辨,辨识等,，,，而最,重,重要的,传,传感参,数,数有切,削,削力、,切,切削过,程,程振动,、,、切削,过,过程声,发,发射、,切,切削过,程,程电机,的,的功率,等,等。,2),切,切削过,程,程的检,测,测,(1),切,切削,力,力的探,测,测,切削力,是,是评价,加,加工条,件,件和切,削,削过程,最,最常用,的,的技术,参,参数，,也,也是自,适,适应控,制,制系统,常,常用的,传,传感参,数,数。根,据,据切削,力,力信号,，,，可以,间,间接判,断,断加工,载,载荷、,切,切削过,程,程颤震,、,、切/,磨,磨过程,刀,刀具/,砂,砂轮的,失,失效状,况,况(破,损,损或磨,损,损)等,。,。,切削力,的,的探测,是,是实时,检,检测切,削,削力随,时,时间(,或,或切削,过,过程),的,的变化,量,量。主,要,要的传,感,感器采,用,用动态,测,测力仪,、,、应变,片,片或多,种,种力传,感,感器，,其,其主要,特,特点是,：,：动态,测,测力仪,虽,虽然可,靠,靠而且,很,很灵敏,，,，但常,常,常难于,实,实用化,而,而多用,于,于实验,系,系统中,；,；应变,片,片适于,现,现场应,用,用，但,安,安装不,够,够简便,，,，虽然,可,可以通,过,过功率,和,和扭矩,的,的检测,传,传感信,号,号推算,出,出切削,力,力值，,但,但这类,方,方法有,检,检测灵,敏,敏度低,、,、延迟,时,时间长,的,的缺点,。,。常用,的,的切削,力,力传感,方,方法见,后,后表。,切削力,的,的检测,方,方法,(2),颤,颤震,探,探测传,感,感,颤震现,象,象与大,多,多数切,削,削与磨,削,削过程,的,的系统,动,动力学,不,不稳定,性,性相关,，,，经常,可,可以由,于,于刀具,/,/砂轮,与,与工件,子,子系统,的,的振动,而,而引发,。,。它的,出,出现降,低,低了被,加,加工件,已,已加工,表,表面的,质,质量，,特,特别是,使,使表面,粗,粗糙度,增,增大，,限,限制了,机,机床的,生,生产效,率,率，并,可,可能引,发,发紧固,环,环节的,松,松动而,酿,酿成事,故,故。此,外,外，它,还,还使刀,具,具/砂,轮,轮的失,效,效(磨,损,损与破,损,损)加,快,快。,对它的,传,传感方,法,法可分,为,为直接,法,法和间,接,接法两,大,大类。,直,直接法,可,可以直,接,接测定,机,机床的,振,振动，,也,也可以,从,从颤震,时,时切削,力,力的变,化,化中获,取,取；间,接,接法是,通,通过颤,震,震伴随,效,效应的,传,传感检,测,测来间,接,接表征,颤,颤震的,，,，见后,表,表。,颤震检,测,测方法,振动传,感,感器可,以,以装于,工,工作台,或,或刀架,上,上。动,态,态测量,仪,仪则较,早,早已用,于,于铣床,和,和车床,加,加工中,。,。利用,应,应变片,传,传感振,动,动信号,时,时，常,把,把应变,片,片装入,机,机床主,轴,轴部件,内,内。80年代,后,后期开,发,发的热,电,电动势,颤,颤震检,测,测传感,法,法是利,用,用刀具,与,与同机,床,床(如,车,车床),其,其他零,部,部件绝,缘,缘的工,件,件形成,闭,闭合电,路,路，利,用,用刀具,与,与工件,间,间的热,电,电偶原,理,理实现,传,传感检,测,测。当,切,切削颤,震,震出现,时,时，刀,具,具与工,件,件间的,接,接触区,域,域和接,触,触压力,有,有较大,的,的变化,，,，引起,热,热电动,势,势的变,化,化。经FFT分析后,可,可获得,热,热电动,势,势的功,率,率谱密,度,度。这,种,种方法,成,成本低,，,，易于,操,操作，,但,但其切,削,削参数,和,和刀,工,工件材,料,料间交,互,互作用,的,的研究,仍,仍需要,进,进一步,拓,拓展。,间,间接法,常,常通过,对,对振痕,、,、裂纹,或,或表面,局,局部不,规,规则性,等,等信息,的,的传感,检,检测来,间,间接地,探,探测切,削,削颤震,的,的出现,。,。因此,，,，常用,光,光学方,法,法来传,感,感，如,利,利用激,光,光扫描,系,系统探,测,测磨削,表,表面振,痕,痕和局,部,部不规,则,则现象,，,，但其,实,实用性,较,较差。,此,此外，,还,还开发,了,了一种,利,利用噪,声,声振动,(,(传声,器,器)传,感,感颤震,的,的方法,，,，并建,立,立了噪,声,声电平,的,的峰值,间,间隔模,型,型，可,预,预测颤,震,震出现,。,。但它,还,还需进,一,一步验,证,证多种,切,切削条,件,件下的,可,可靠性,。,。,(3),切,切屑,状,状况检,测,测,在高速,、,、超高,速,速加工,和,和自动,化,化制造,中,中，切,屑,屑状况,的,的监测,是,是极为,重,重要的,事,事。它,直,直接影,响,响过程,的,的进行,、,、安全,性,性和已,加,加工表,面,面的质,量,量，主,要,要有两,种,种传感,检,检测方,法,法：A.用辐射,高,高温计,传,传感刀,具,具的切,屑,屑状态,，,，利用,测,测定平,均,均切削,温,温度来,识,识别切,屑,屑的状,态,态。但,由,由于它,比,比较贵,，,，尚限,于,于实验,研,研究领,域,域中采,用,用。B.利用声,发,发射传,感,感器、,刀,刀具动,态,态测量,仪,仪或刀,具,具/工,件,件热电,偶,偶传感,法,法的谱,分,分析技,术,术探测,切,切屑状,态,态的变,化,化。这,类,类方法,成,成功的,关,关键是,传,传感的,灵,灵敏度,与,与可靠,性,性及对,信,信号的,处,处理、,特,特征提,取,取与识,别,别规律,的,的掌握,。,。虽然,在,在实验,研,研究中,已,已可以,识,识别带,状,状屑、,卷,卷屑和,积,积屑瘤,的,的出现,，,，但还,要,要再努,力,力才可,能,能成为,工,工业应,用,用技术,。,。,(4),刀,刀具,-,-工件,碰,碰撞传,感,感检测,对于先,进,进制造,技,技术来,讲,讲，为,提,提高机,床,床加工,效,效率，,常,常常要,求,求提高,进,进给率,，,，特别,是,是在空,刀,刀时应,尽,尽量加,快,快进给,。,。因此,，,，刀具,与,与工件,的,的碰撞,成,成为重,要,要的监,视,视内容,。,。对刀,具,具-工,件,件碰撞,的,的传感,常,常分为,两,两类，,即,即碰撞,后,后探测,法,法和碰,撞,撞前探,测,测法，,见,见后表,。,。,碰撞后,探,探测法,是,是利用,装,装在机,床,床主轴,上,上的应,变,变片组,成,成的扭,矩,矩传感,器,器来传,感,感碰撞,后,后的信,号,号，以,便,便在发,生,生严重,的,的碰撞,故,故障前,发,发现刀,具,具工,件,件间的,轻,轻微碰,撞,撞，因,而,而这种,探,探测法,一,一定要,灵,灵敏且,可,可靠。,现,现有的,研,研究表,明,明，声,发,发射接,触,触传感,器,器是灵,敏,敏而可,靠,靠的，,且,且是实,时,时性强,的,的传感,检,检测法,，,，已进,入,入工业,应,应用阶,段,段而广,泛,泛地用,于,于磨削,加,加工中,。,。,碰撞前,探,探测法,是,是在刀,具,具与工,件,件趋近,到,到物理,接,接触前,进,进行探,测,测传感,。,。其中,最,最佳的,传,传感方,法,法是气,隙,隙-磁,力,力传感,器,器。把,激,激励线,圈,圈、接,收,收线圈,分,分别装,于,于主轴,箱,箱体与,刀,刀具两,方,方，当,刀,刀具-,工,工件间,距,距离改,变,变而引,起,起磁力,线,线的变,化,化时，,对,对应间,隙,隙值的,磁,磁感应,强,强度变,强,强，从,而,而按预,先,先设定,的,的阈值,发,发出改,变,变进给,率,率的控,制,制信号,。,。这种,磁,磁传感,器,器受工,件,件材料,的,的影响,。,。,刀具-,工,工件碰,撞,撞传感,检,检测,(5),切,切削,过,过程识,别,别的传,感,感,现代制,造,造技术,要,要求识,别,别切削,过,过程，,以,以便为,切,切削过,程,程的本,质,质、建,模,模和模,拟,拟仿真,的,的研究,提,提供可,靠,靠的实,时,时信息,；,；对切,削,削过程,和,和刀具,几,几何参,数,数的控,制,制、刀,具,具失效,和,和工件,状,状态等,提,提供信,息,息，以,便,便使磨,削,削与切,削,削过程,优,优化。,当,当今，,以,以声发,射,射传感,和,和动态,测,测量仪,及,及光视,法,法为主,，,，亦配,合,合电流,/,/功率,、,、力/,力,力矩和,切,切削温,度,度等传,感,感法。,虽,虽然众,多,多的研,究,究证明,，,，AE法是首,选,选的，,但,但由于,切,切削过,程,程识别,的,的复杂,性,性和多,目,目标性,，,，常常,采,采用多,传,传感器,单,单一目,标,标融合,传,传感法,和,和多传,感,感器多,目,目标传,感,感法，,它,它们已,经,经成为,传,传感技,术,术和监,控,控技术,最,最热门,的,的领域,，,，但这,方,方面的,深,深入研,究,究工作,既,既多又,广,广。它,将,将在制,造,造科学,的,的发展,中,中、在,虚,虚拟制,造,造(VM)和虚拟,现,现实制,造,造(VRM,),)的开发,及,及过程,监,监视与,控,控制的,研,研究开,发,发中快,速,速发展。,3),机,机床运,行,行过程,检,检测,机床的,工,工作精,度,度对其,加,加工精,度,度和加,工,工质量,有,有重要,的,的影响,。,。力效,应,应、热,效,效应和,机,机床运,动,动系统,的,的动态,误,误差等,对,对机床,的,的精度,和,和动态,特,特性有,显,显著的,影,影响。,所,所以，,要,要求监,视,视和控,制,制机床,的,的运行,及,及其过,程,程，主,要,要有以,下,下三类,传,传感监,测,测监控,。,。,A.驱动系,统,统的检,测,测传感,为了实,现,现对机,床,床驱动,系,系统的,位,位移(,线,线位移,与,与角位,移,移)的,监,监视，,并,并提供,偏,偏离目,标,标值的,反,反馈信,号,号，经,常,常采用,多,多种传,感,感器来,完,完成信,息,息的采,集,集任务,。,。激光,干,干涉仪,、,、旋转,变,变压器,和,和线纹,尺,尺等位,移,移传感,器,器的主,要,要特性,见,见后表,。,。例如,：,：螺纹,磨,磨床的,自,自动修,正,正系统,，,，其传,感,感器为,由,由双频,激,激光干,涉,涉仪系,统,统构成,的,的线位,移,移传感,器,器和由,它,它与光,学,学增益,编,编码器,组,组成的,角,角度数,字,字传感,器,器。该,系,系统的,分,分辨率,可,可以达,到,到0.5m或更高,。,。,为了获,取,取精密,的,的零件,，,，要求,把,把驱动,系,系统终,端,端输出,与,与对理,论,论目标,值,值的偏,离,离值作,为,为反馈,信,信号，,以,以便对,精,精度进,行,行反馈,控,控制。,在,在这种,加,加工精,度,度反馈,控,控制(,又,又称精,度,度补偿,或,或修正,),)中，,位,位置的,分,分辨率,是,是重要,的,的传感,量,量。激,光,光干涉,系,系统常,被,被用来,作,作为位,移,移（置,）,）误差,反,反馈传,感,感器。,工,工业实,践,践证明,，,，利用,这,这类高,分,分辨率,传,传感系,统,统可以,使,使加工,误,误差减,少,少9/10。,但,但由于,干,干扰测,量,量对环,境,境条件,的,的苛刻,要,要求，,其,其工业,应,应用范,围,围较小,。,。,位移(,置,置)传,感,感器,B.主轴和,回,回转系,统,统的检,测,测传感,主轴轴,承,承和主,轴,轴部件,的,的回转,误,误差对,工,工件的,圆,圆度有,很,很大的,影,影响。,一种先,进,进的主,轴,轴系统,采,采用回,转,转码盘,精,精密地,测,测定主,轴,轴的回,转,转误差,，,，可以,实,实现纳,米,米级分,辨,辨力的,传,传感检,测,测，其,微,微机补,偿,偿系统,可,可以把,主,主轴偏,差,差控制,在,在0.05m以下。,但,但该系,统,统比较,贵,贵。,80年,代,代初开,始,始的三,点,点接触,圆,圆度与,圆,圆柱度,的,的检测,传,传感法,已,已在我,国,国大型,尺,尺寸零,件,件圆度,与,与圆柱,度,度的加,工,工测量,中,中应用,。,。它是,电,电感传,感,感器和,三,三点测,量,量法在,大,大型精,密,密零件,加,加工中,的,的典型,应,应用。CNC圆度、,圆,圆柱度,测,测量仪,视,视频,由于热,变,变形将,改,改变主,轴,轴的预,紧,紧状况,。,。在滚,柱,柱轴承,支,支承系,统,统中，,这,这一问,题,题尤为,严,严重。,为,为此，,采,采用基,于,于应变,片,片或声,发,发射传,感,感器的,温,温度补,偿,偿系统,对,对之进,行,行监视,与,与控制,。,。,在主轴,和,和回转,部,部件监,视,视中，,还,还采用,以,以下检,测,测传感,器,器：探,测,测监视,轴,轴承变,形,形的感,应,应传感,器,器或涡,流,流传感,器,器、监,视,视卡盘,夹,夹紧状,况,况的载,荷,荷单元,传,传感器,、,、在线,齿,齿轮监,视,视系统,的,的角度,传,传感器,、,、监视,主,主轴回,转,转误差,的,的示波,器,器监视,传,传感器,系,系统等,。,。,C.机床状,态,态监视,传,传感,基于扭,矩,矩、电,流,流/功,率,率的机,床,床状态,监,监视系,统,统采用,传,传感主,轴,轴或进,给,给电动,机,机的电,流,流、电,压,压和功,率,率的霍,尔,尔传感,器,器，传,感,感冷却,液,液供应,时,时机的,切,切削扭,矩,矩传感,器,器，传,感,感运动,件,件间接,近,近状况,的,的涡流,传,传感器,和,和传感,接,接触状,况,况的声,发,发射传,感,感器或,光,光学传,感,感器，,进,进行扭,矩,矩自适,应,应控制,的,的扭矩,传,传感器,等,等。此,外,外，也,经,经常采,用,用为进,行,行机床,热,热变形,误,误差补,偿,偿的温,度,度传感,器,器。,D.刀具状,态,态的检,测,测,刀具损,坏,坏的形,式,式主要,有,有磨损,和,和破损,两,两类。,前,前者是,连,连续的,逐,逐渐磨,损,损；后,者,者包括,脆,脆性破,损,损(如,崩,崩刃、,碎,碎断、,剥,剥落、,裂,裂纹破,损,损等),和,和塑性,破,破损两,种,种。刀,具,具磨损,直,直接影,响,响加工,效,效率、,质,质量和,成,成本。,刀,刀具磨,损,损的形,式,式有以,下,下几种,：,：前刀,面,面磨损,、,、后刀,面,面磨损,和,和边界,磨,磨损。,刀具在,一,一定的,切,切削条,件,件下使,用,用时，,如,如果经,受,受不住,强,强大的,应,应力(,切,切削力,或,或热应,力,力)，,就,就可能,发,发生突,然,然损坏,，,，使刀,具,具提前,失,失去切,削,削能力,，,，这种,情,情况就,称,称为刀,具,具破损,。,。刀具,的,的破损,有,有早期,和,和后期,(,(加工,到,到一定,的,的时间,后,后的破,损,损)两,种,种。刀,具,具破损,的,的形式,分,分脆性,破,破损和,塑,塑性破,损,损两种,。,。硬质,合,合金和,陶,陶瓷刀,具,具在切,削,削时，,在,在机械,和,和热冲,击,击作用,下,下，经,常,常发生,脆,脆性破,损,损。脆,性,性破损,又,又分为,：,：崩刃,、,、碎断,、,、剥落,和,和裂纹,破,破损。,刀具破,损,损监测,可,可分为,直,直接监,测,测和间,接,接监测,两,两种。,所,所谓直,接,接监测,，,，即直,接,接观察,刀,刀具状,态,态，确,认,认刀具,是,是否破,损,损。其,中,中最典,型,型的方,法,法是ITV,(,(IndustrialTelevision，工业电,视,视)摄,像,像法。,间,间接监,测,测法即,利,利用与,刀,刀具破,损,损相关,的,的其它,物,物理量,或,或物理,现,现象，,间,间接判,断,断刀具,是,是否已,经,经破损,或,或是否,有,有即将,破,破损的,先,先兆。,这,这样的,方,方法有,测,测力法,、,、测温,法,法、测,振,振法、,测,测主电,机,机电流,法,法和测,声,声发射,法,法等。,4),常,常用探,测,测方法,的,的原理,(1),用,用切,削,削力检,测,测刀具,状,状态,FxFc,FyFp,FzFf,(2),声,声发,射,射法,声发射,钻,钻头破,损,损检测,装,装置系,统,统图,4.,自,自适应,控,控制,自适应,控,控制的,研,研究对,象,象是具,有,有一定,程,程度不,确,确定性,的,的系统,，,，这里,所,所谓的,“,“不确,定,定性”,是,是指描,述,述被控,对,对象及,其,其环境,的,的数学,模,模型不,是,是完全,确,确定的,，,，其中,包,包含一,些,些未知,因,因素和,随,随机因,素,素。,自适应,控,控制能,够,够随着,环,环境条,件,件和过,程,程参数,的,的变化,自,自行调,整,整或修,改,改控制,参,参数，,是,是被控,对,对象或,过,过程达,到,到预期,的,的目标,。,。,分类：,约束型,自,自适应,控,控制ACC,：,：控制参,数,数受限,制,制，目,标,标控制,量,量预先,给,给定并,能,能直接,测,测量。,优化型,自,自适应,控,控制AOC,：,：给定的,是,是目标,函,函数，,根,根据优,化,化目标,函,函数和,影,影响过,程,程的参,数,数来确,定,定控制,参,参数。,自适应,控,控制的,关,关键在,于,于系统,的,的模型,辨,辨识。,常规的,反,反馈控,制,制系统,对,对于系,统,统内部,特,特性的,变,变化和,外,外部扰,动,动的影,响,响都具,有,有一定,的,的抑制,能,能力，,但,但是由,于,于控制,器,器参数,是,是固定,的,的，所,以,以当系,统,统内部,特,特性变,化,化或者,外,外部扰,动,动的变,化,化幅度,很,很大时,，,，系统,的,的性能,常,常常会,大,大幅度,下,下降，,甚,甚至是,不,不稳定,。,。所以,对,对那些,对,对象特,性,性或扰,动,动特性,变,变化范,围,围很大,，,，同时,又,又要求,经,经常保,持,持高性,能,能指标,的,的一类,系,系统，,采,采取自,适,适应控,制,制是合,适,适的。,但,但是同,时,时也应,当,当指出,，,，自适,应,应控制,比,比常规,反,反馈控,制,制要复,杂,杂的多,，,，成本,也,也高的,多,多，因,此,此只是,在,在用常,规,规反馈,达,达不到,所,所期望,的,的性能,时,时，才,会,会考虑,采,采用。,5.,环,环境及,安,安全检,测,测,主要监,测,测内容,：,：,1),电,电网的,电,电压与,电,电流值,2),空,空气的,温,温度与,湿,湿度,3)供水、,供,供气压,力,力与流,量,量,4),火,火灾,5),人,人员安,全,全,