《第五--检测过程自动化讲课教案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五--检测过程自动化讲课教案（84页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第五章 检测过程自动化,2,对加工后的工件进行检测，仅能起到剔除废品的作用，因此检测过程是被动的； 对加工中的工件进行检测，并根据检测结果通过控制系统对加工过程进行控制，这种方式能防止废品的产生，检测过程是主动的； 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，就能实现自适应控制。,3,检测方法分类,按其在制造系统中所处位置 可分为下列几种方式： （1）直接测量与间接测量 （2）接触测量和非接触测量 （3）在线测量和离线测量,4,（1）直接测量与间接测量,直接测量：测量时，直接从测量器具上读出被测几 何量的大小值 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有关的其
2、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,6,（3）在线测量和离线测量,在线测量;在加工过程或加工系统运行过程中对被测对象进行检测。 离线测量：在被测对象加工后脱离加工系统在进行检测。,7,二、检测装置,对被加工工件的 监测与控制 包括：精度、粗糙度、形状、缺陷等； 对加工设备工作状态的在线监测与控制 包括：切削负荷、刀具磨损及破损、机床主要部件的温升、振动、变形等； 对加工对象的加工过程在线监测与控制。,监测的内容：,8,采用的检测手段可分为： 人工检测和自动检测。 人工检测：是人操作检测工具，收集分析数据信息，为产品质量控制提供依据； 自动检测：是借助于各种自动
3、化检测装置和检测技术，自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。,二、检测装置,9,机械制造过程中自动化检测的范围： 从制品（零件、部件和产品）的尺寸、形状、缺陷、性能等的静态检测，到成品生产过程各阶段上的质量控制； 从对各种工艺过程及其设备的调节与控制，到实现最佳条件的自动生产，其中每一方面都离不开自动检测技术。,10,适用于不同用途的自动检测装置：,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、电动测微仪和采用电涡流方式的检测装置； 用于工件表面粗糙度检测：表面轮廓仪； 用于刀具磨损或破损监测的：噪声频谱、红外发射、探针测量
4、等测量装置； 利用切削力、切削力矩、切削功率对刀具磨损进行检测的测量装置。 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。,11,三、自动化检测方法,在机械加工中自动化检测方法有两种： 1产品精度检测 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。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 目的：预防废品的产生，从工艺上保证所需的精度。 检验的对象是加工设备、工具和生产工艺过程,12,在机床上安装自动化检测装置实现加工过程中的在线检测。如在数控磨床上安装在线检测装置 在自动线中设置专门的自动检测工位，即在某道加工工序刚一完成就立即进行在线
5、检测。如曲轴加工自动生产线上的动平衡实验装置。 设置专门的监测装置。如轴承中使用的钢珠、滚针，连杆的秤重。 在柔性系统使用的测量机器人。,自动化检测实现的途径,13,第二节 加工尺寸的自动测量,一、检测方法 二、测量传感器 三、自动测量机构 四、加工过程的在线检测和补偿,14,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产品质量和系统的正常运行。 一、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： 1.离线检测 2.过程中检测 3.在线检测,第二节 加工尺寸的自动测量,15,1.离线检测 在自动化制造系统生产线以外进行检测，其检测周期长，难
6、以及时反馈质量信息。 2.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，修正机床运动参数，保证工件加工质量。,一、检测方法,16,检测方法：,测头安装在主轴上（数控镗铣加工中心）或刀架上（车削加工中心），通过触点测量和数据处理检测加工表面的尺寸和形状误差或标定工件在机床坐标系中的坐标零点。 测头安装在机床工作台（数控镗铣加工中心）或床身上（车削加工中心），通过坐标轴运动使刀具与测头接触测出刀具在各方向的偏置量，输入数控系统进行刀具补偿；或者测量刀具磨损量。,17,3.在线检测 利用坐标测量机综合
7、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。,18,工件尺寸、形状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： 随机误差和系统误差。 自动检测中，应该检测那种误差？ 系统误差！ 系统误差包括？,19,影响加工尺寸的因素 一般说来有以下几种原因： 1、切削热引起刀具的伸长，使得加工尺寸与理论尺寸有差别； 2、切削热引起工件的膨胀； 3 、机床主轴、工件和刀具系统在受切削力和切削热作用下的动态变形； 4 、
8、刀具磨损对加工精度的影响。 5、机床导轨的几何精度。,实时 在线测量,20,工件尺寸、形状的在线测量方式：,21,二、测量传感器,测量装置中最主要的部分是传感器，它用以将被测零件的尺寸变化转换成其他物理量，例如转换成电、气或其他形式的信号。然后将此信号送至放大装置放大或经其他处理后，供机床的控制系统自动控制机床的工作过程。 常用的传感器有电气的和气动的两大类。,22,(一)电气传感器,1电接触式传感器,23,电接触式传感器结构示意图,24,2、光电式传感器：,利用光源的光线投射到光敏元件上来发出测量信号。,检验成品尺寸的示意图,加工过程中测量工件尺寸的原理,25,(二)气动传感器,气动传感器一
9、般都由气动测量头和气体计量仪组成。 测量原理： 压缩空气进入计量仪的气室A，其压力为p1，压缩空气再经过小孔l进入气室B，然后经喷嘴2排入大气。 当测量工件时，工件放在喷嘴孔2前面，形成一个气隙Z，此时，压缩空气必须经过此气隙排入大气，所产生的节流效应与此气隙的大小有一定关系。 当工件尺寸增大时，气隙Z减小，气室B的压力p2上升； 当工件尺寸减小时，气隙Z增大，气室B的压力p2下降， 显然，通过测量压力p2，即可测知工件尺寸的变化。,26,气室B的压力p2与气隙Z的关系,27,1)薄膜式气动星仪,薄膜式气动量仪的结构原理：,过滤以后的压缩空气经管道1进入稳压器2稳压。打开开关3，压缩空气进入气
10、动量仪的进气口，经小孔4及5分为两路，一路进入薄膜6上方的气室，另一路进入下气室。,下气室有管道8通喷嘴9，工件l0即放在喷嘴9前面而形成一个气隙Z，气隙Z的变化将影响下气室的压力Pl； 上气室的压缩空气经测量杆7上端的锥面出气环而排入大气。,28,当测量气隙Z增大时(相当于工件外尺寸减小)，则下气室压力p1下降，膜片6原来的平衡位置被破坏，因而使膜片下移，测量杆7也随之下移，从而增大了测量杆7上端出气环的排气截面积，使上气室压力p2也下降，当测量杆7下移至某一位置，上、下气室的压力使膜片6 重新获得平衡的位置，测量杆7即 保持不动，通过表杆11、 指示表14指示出工件 的尺寸偏差。,当测量气
11、隙Z减小时(相当于工件尺寸增大)，仪表动作过程与上述相反。,29,2)波纹管式传感器 它具有两个波纹状皱褶管1和5，其中一边通入恒定压力的压缩空气，另一边与测量头头喷嘴相通，即通测量气压。,30,1.专用自动测量装置 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、停止进给、退刀和停车等）。,三、自动测量机构,31,其自动测量原理如 所示。,32,三坐标测量机（Coordinate Measurin
12、g Machining，简称CMM）是20世纪60年代发展起来的一种新型高效的精密测量仪器。现代CMM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。 目前，CMM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，成为现代工业检测和质量控制不可缺少的万能测量设备。,2.三坐标测量机,33,三坐标测量机是现代加工自动化系统中的测量设备。 三坐标测量机的作用： 可以在计算机控制的制造系统中直接利用CAD/CAM系统中的编程信息对工件进行测量和检验，构成设计制造检验集成系统， 能在工件加工、装配的前
13、、后或过程中给出检测信息并进行在线反馈处理。,2. 三坐标测量机,34,（1）CMM的组成,机械系统：一般由三个正交的直线运动轴构成。 X向导轨系统装在工作台上; Y向导轨系统是移动桥架横梁; Z向导轨系统装在中央滑架内。,三坐标测量机由机械系统和电子系统两大部分组成。,35,（1）CMM的组成,三个方向轴上均装有光栅尺用以度量各轴位移值。 人工驱动的手轮及机动、数控驱动的电机一般都在各轴附近。 用来触测被检测零件表面的测头装在Z轴端部。,36,37,（1）CMM的组成,电子系统：一般由光栅计数系统、测头信号接口和计算机等组成. 用于获得被测坐标点数据， 并对数据进行处理。,移动桥架,中央滑架
14、,Z轴,测头,电子系统,38,（2）CMM的工作原理,原理： 通过探测传感器（测头）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坐标的获取； 通过相应的数学计算定义，完成对所测得点（点群）的拟合计算，还原出被测的几何元素； 进行其与理论值（名义值）之间的偏差计算与后续评估，从而完成对被测零件的检验工作。,三坐标测量机是基于坐标测量的通用化数字测量设备。,39,几何量数字测量的功能,40,常用测量方法,41,（四）、工作台 早期的三坐标测量机的工作台一般是由铸铁或铸钢制成的，但近年来，各生产厂家已广泛采用花岗岩来制造工作台，这是因为花岗岩变形小、稳定性好、耐磨损、不生锈，且价格低廉、
15、易于加工。有些测量机装有可升降的工作台，以扩大Z轴的测量范围，还有些测量机备有旋转工作台，以扩大测量功能。,42,（五）、导轨 导轨是测量机的导向装置，直接影响测量机的精度，因而要求其具有较高的直线性精度。 在三坐标测量机常用的为滑动导轨和气浮导轨，目前，多数三坐标测量机已采用空气静压导轨（又称为气浮导轨、气垫导轨），它具有许多优点，如制造简单、精度高、摩擦力极小、工作平稳等。,43,工作台,气垫,滚轮,压缩弹簧,导向块,桥架,44,三坐标测量机的测量系统,三坐标测量机的测量系统由标尺系统和测头系统构成，它们是三坐标测量机的关键组成部分，决定着CMM测量精度的高低。 标尺系统 标尺系统是用来度
16、量各轴的坐标数值的。 标尺系统种类按其性质可以分为： 机械式标尺系统（如精密丝杠加微分鼓轮，精密齿条及齿轮，滚动直尺）、 光学式标尺系统（如光学读数刻线尺，光学编码器，光栅，激光干涉仪） 电气式标尺系统（如感应同步器，磁栅）。,45,测头系统,（1）测头 三坐标测量机是用测头来拾取信号的，因而测头的性能直接影响测量精度和测量效率，没有先进的测头就无法充分发挥测量机的功能。 分类： 按结构原理：机械式、光学式和电气式等； 按测量方法：接触式和非接触式两类。,46,机械接触式测头,测头形状：圆锥形测头、圆柱形测头、球形测头、半圆形测头、点测头、V型块测头等。 特点：形状简单，制造容易，但是测量力的大小取决于操作者的经验和技能，因此测量精度差、效率低。 目前除少数手动测量机还采用此种测头外，绝大多数测量机已不再使用这类测头。,(a) 圆锥形测头 (b) 圆柱形测头 (c) 球形测头 (d) 半圆形测头 (e) 点测头 (f) V型块测头,47,2电气接触式测头,测头是在触测工件表面的运动过程中，瞬间
