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1、检测过程自程自动化化1精品课件第1页，共77页。2 主主要要介介绍机机械械加加工工过程程中中检测技技术的的基基本本概概念念、分分类、检测方方法法和和常常用用的的检测装装置置，重重点点讲工工件件、刀刀具具及及加加工工设备对加加工工后后的的工工件件进行行检测，刀具及加工，刀具及加工设备等常用的自等常用的自动识别技技术和自和自动化化检测技技术。机械制造系统？机械加工系统？ 从概念包含的范从概念包含的范围看，机械加工系看，机械加工系统是机械制造系是机械制造系统的子系的子系统。 本章主要介本章主要介绍的是机械加工的是机械加工阶段相关段相关检测技技术。精品课件第2页，共77页。一、制造过程的检测技术3机械
2、加工系机械加工系统在不同的生在不同的生产条件下，通条件下，通过自身的定位装自身的定位装夹、运、运动、控制以及能量供、控制以及能量供给等机构，按不同的工等机构，按不同的工艺要求要求实现将毛坯或原材料将毛坯或原材料加工成零件或加工成零件或产品。品。图6-1机械加工系机械加工系统的基本概念的基本概念要把握住加工要把握住加工过程中程中各种有价各种有价值的数据信息的数据信息，才能，才能实现被加被加工工件的工工件的质量控制、加工工量控制、加工工艺过程的程的监测、加工、加工过程的程的优化以化以及及设备的正常运行。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机械加工系机械加工系统在不同的生在
3、不同的生产条件下，通条件下，通过自身的定位装自身的定位装夹、运运动、控制以及能量供、控制以及能量供给等机构，按不同的工等机构，按不同的工艺要求要求实现将毛坯或原将毛坯或原材料加工成零件或材料加工成零件或产品。品。图6-1机械加工系机械加工系统的基本概念的基本概念要把握住加工要把握住加工过程中程中各种有价各种有价值的数据信息的数据信息，才能，才能实现被加工工被加工工件的件的质量控制、加工工量控制、加工工艺过程的程的监测、加工、加工过程的程的优化以及化以及设备的正的正常运行。常运行。精品课件第4页，共77页。5l对加加工工后后的的工工件件进行行检测，仅能能起起到到剔剔除除废品品的的作作用用，因因此
4、此检测过程程是是被被动的的；l对加加工工中中的的工工件件进行行检测，并并根根据据检测结果果通通过控控制制系系统对加加工工过程程进行行控控制制，这种种方方式式能能防防止止废品品的的产生生，检测过程程是是主主动的的；l如如果果进一一步步对测得得的的加加工工过程程参参数数进行行优化化，并并校校正正机机床床系系统，就就能能实现自适自适应控制。控制。精品课件第5页，共77页。6检测方法方法直接直接测量与量与间接接测量量接触接触测量和非接触量和非接触测量量在在线测量和离量和离线测量量直接直接测量：量：测量量时，直接从，直接从测量器具上量器具上读出被出被测几几 何量何量的大小的大小值 ，测量量过程迅速，程迅
5、速，应用广泛。用广泛。间接接测量量 ：被被测几何量无法直接几何量无法直接测量量时，首先，首先测出与被出与被测几何量有关的其他几何量，然后，通几何量有关的其他几何量，然后，通过一定的数学一定的数学关系式关系式进行行计算来求得被算来求得被测几何量的尺寸几何量的尺寸值 。谁的测量误差大？精品课件第6页，共77页。7l接触式接触式检验。测量器具的量器具的测量量头直接与被直接与被测对象的表面接象的表面接触，触，工件被工件被测参数的参数的变化，直接反映在量杆的移化，直接反映在量杆的移动量上。量上。l 非接触式非接触式检验。测量器具的量器具的测量量头不与被不与被测对象表面象表面接触接触，而是借助而是借助电磁
6、感磁感应、气、气压，光束或放射性同位，光束或放射性同位素的射素的射线等的作用，以反映被等的作用，以反映被测参数的参数的变化化。这种种测量方式，量方式，没有因没有因为测头与被与被测对象接触象接触发生磨生磨损而而产生生的的误差差，故在，故在现代制造系代制造系统中，具有明中，具有明显的的优越性越性。精品课件第7页，共77页。8l在在线测量量：在在加工加工过程程或或加工系加工系统运行运行过程程中中对被被测对象象进行行检测。通常。通常还得得对测得数据得数据进行分析行分析处理，再反理，再反馈控制系控制系统调整加工整加工过程程，可可实现自自动化化测量。量。l离离线测量：量：在被在被测对象加工后脱离加工系象加
7、工后脱离加工系统在在进行行检测。需人工干需人工干预将将测量量结果果输入控制系入控制系统，以，以调整后整后续加加工工过程。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检测装置装置检测对象象不同，不同，检测要素要素不同，不同，检测手段手段不同，不同，检测装置也不装置也不同同针对产品品的检测针对加工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？的信息？谁的哪方面的信息？的哪方面的信息？谁去去测？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
8、：是是人操作人操作检测工具工具，收集分析数据收集分析数据信息（离信息（离线检测），为产品品质量控制提供依据量控制提供依据； 但但产品品结构构越越来来越越复复杂、产品品周周期期要要求求越越来来越越短短，人人工工检测在在检测精度精度 及效率方面已不能及效率方面已不能满足足现代化生代化生产要求。要求。自自动检测：是是借借助助于于各各种种自自动化化检测装装置置和和检测技技术（可可在在线监测），自自动地地灵灵敏敏地地反映被反映被测工件及工件及设备的参数，的参数，为控制系控制系统提供必要的数据信息提供必要的数据信息。 精品课件第10页，共77页。11检测装置装置自自动检测装置的装置的检测范范围l从从制制品
9、品（零零件件、部部件件和和产品品）的的尺尺寸寸、形形状状、缺缺陷陷等等的的静静态检测，到到成品成品生生产过程各程各阶段上的段上的质量控制量控制；l从从对各各种种工工艺过程程及及其其设备的的调节与与控控制制，到到实现最最佳佳条条件件的的自自动生生产，其中每一方面都离不开自，其中每一方面都离不开自动检测技技术。 自自动化化检测的的优点：点：检测时间短并可与加工短并可与加工时间重合，使生重合，使生产率率进一步提高；排除一步提高；排除检测中人中人为的的观测误差和操作水平的影响；迅速及差和操作水平的影响；迅速及时地地提供提供产品品质量信息和有价量信息和有价值的数据，以便的数据，以便对加工系加工系统中工中
10、工艺参数及参数及时进行行调整，整，为加工加工过程的程的实时控制提供了条件。控制提供了条件。精品课件第11页，共77页。12检测装置装置自自动检测装置装置l用于工件的尺寸、形状用于工件的尺寸、形状检测用的定尺寸用的定尺寸检测装置：装置： 三三坐坐标测量量机机、激激光光测径径仪以以及及气气动测微微仪、电动测微微仪和采用和采用电涡流方式的流方式的检测装置；装置；l用于工件表面粗糙度用于工件表面粗糙度检测：表面表面轮廓廓仪；l用用于于刀刀具具磨磨损或或破破损监测的的：噪噪声声频谱、红外外发射射、探探针测量等量等测量装置；量装置；l它它们的的主主要要作作用用就就在在于于全全面面地地、快快速速地地获得得有
11、有关关产品品质量的信息和数据。量的信息和数据。精品课件第12页，共77页。13自自动检测的的类型型1产品精度品精度检测（被（被动检测） 产品精度品精度检测是在工件加工完成后，按是在工件加工完成后，按验收的技收的技术条条件件进行行验收和分收和分组（1分分为合格品与合格品与废品；品； 2合格品分合格品分组）。这种种检验只能只能发现废品，不能品，不能预防防废品的品的产生生。2工工艺过程精度程精度检测（主（主动检测） 检测对象一般是加工象一般是加工设备和生和生产工工艺过程。程。目的：目的：预防防废品的品的产生，从工生，从工艺上保上保证所需的精度所需的精度。精品课件第13页，共77页。14二、工件尺寸的
12、自动测量工工件件尺尺寸寸精精度度是是直直接接反反映映产品品质量量的的指指标，因因此此在在许多多自自动化化制制造造中中都都采采用用自自动测量量工工件件的的方方法法来来保保证产品品质量和系量和系统的正常运行的正常运行。u检测方法方法 检测方方法法按按其其在在制制造造系系统中中所所处的的位位置置可可以以分分为： 1.离离线检测2. 在在线检测精品课件第14页，共77页。151.离离线检测 在在自自动化化制制造造系系统生生产线以以外外进行行检测（其其检测手手段段可可以以是是人人工工或或自自动），其其检测周周期期长，难以以及及时反反馈质量量信信息。息。 2.在在线检测分分为工序工序间检测与与最最终工序工
13、序检测。 工工序序间检测可可实现加加工工精精度度的的在在线检测及及实时补偿。（可在后（可在后续加工工序中加工工序中进行行补偿，以保，以保证此此产品品的尺寸精度）。的尺寸精度）。 最最终工工序序检测对已已加加工工完完成成的的产品品进行行检测，找找出出误差差产生生的的原原因因，调整整加加工工过程程。（以以保保证下下一一个个产品品的的尺尺寸寸精精度）度）精品课件第15页，共77页。16p工件尺寸、形状工件尺寸、形状的在的在线测量是机械加工中很重要的功能。量是机械加工中很重要的功能。工件的工件的尺寸和形状工件的工件的尺寸和形状误差分差分为： 随机随机误差和系差和系统误差。差。 随机随机误差：差：随机误
14、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）服从一定的服从一定的统计规律律，因此可以用统计方法分析其对测量结果的影响。（每每一次一次测量中，随机量中，随机误差的大小和方向不定差的大小和方向不定）随机随机误差是差是测量量结果与在重复性条件下，果与在重复性条件下，对同一被同一被测量量进行无限多行无限多次次测量所得量所得结果的平均果的平均值之差。之差。精品课件第16页，共77页。17 系系统误差：差：系统误差的产生一般与测量量仪器或装置本身器或装置本身的准确度有关；与测量
15、者本身的状况及量者本身的状况及测量量时的外界条件的外界条件有关。系统误差是在重复性条件下，对同一被同一被测量量进行无行无穷多次多次测量所得量所得结果的平均果的平均值与被与被测量真量真值之差之差。（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）自自动检测过程中，程中，应检测哪种哪种误差？差？系系统误差差系系统误差包括哪些？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一般说来有以下几种原因：来有以下几种原因：1、切削切削热引起引起刀具的伸刀具的伸长，使得，使得加工尺寸加工尺寸与理与理论尺寸有差尺寸有差别；2、切、切削削热
16、引起引起工件的膨工件的膨胀；3 、机床主机床主轴、工件和刀具系、工件和刀具系统在在受切削力受切削力和切削和切削热作用下作用下的的动态变形形；4 、刀具磨刀具磨损对加工精度的影响加工精度的影响。5、机床、机床导轨的几何精度。的几何精度。实时在在线测量量 精品课件第18页，共77页。19u磨床的磨床的专用自用自动检测装置装置图中机床、中机床、执行机构与行机构与测量装置构成一个量装置构成一个闭环系系统。在机床加。在机床加工工件的同工工件的同时，自，自动测量量头对工件工件进行行测量量，将，将测得的工件尺寸得的工件尺寸变化量化量经信号信号转换放大器，放大器，转换成相成相应的的电信号并信号并经过放大后返回
17、机床控制放大后返回机床控制系系统，控制机床的，控制机床的执行机构，从而控制加工行机构，从而控制加工过程（如刀具程（如刀具补偿、停、停车等）。等）。图6-4磨削加工中自磨削加工中自动测量原理方框量原理方框图精品课件第19页，共77页。20u三坐三坐标测量机量机 三坐三坐标测量机（量机（Coordinate Measuring Machining，简称称CMM）又称）又称计算机数控三坐算机数控三坐标测量机，是一种新型高效的量机，是一种新型高效的精密精密测量量仪器器。现代代CMM不不仅能在能在计算机控制下完成各种复算机控制下完成各种复杂测量（工量（工件尺寸件尺寸误差、复差、复杂轮廓形状廓形状误差），
18、而且可以差），而且可以通通过与数控机床交与数控机床交换信息，信息，实现对加工的控制。加工的控制。图6-6悬臂式三坐臂式三坐标测量机的示意量机的示意结构构组成成工作台、三工作台、三维测量量头、坐、坐标位移位移测量装置和量装置和计算机算机数控装置等数控装置等组成。成。精品课件第20页，共77页。21u三坐三坐标测量机量机使用使用加工前加工前测量和加工后量和加工后测量两种量两种加工前加工前测量的主要目的是量的主要目的是测量毛坯尺寸是否量毛坯尺寸是否过大或大或过小，毛坯在托小，毛坯在托盘上的安装位置是否上的安装位置是否正确。加工后正确。加工后测量是量是测量加工完的零件的加工量加工完的零件的加工部位的尺
19、寸和相互位置精度，再送至装配工序或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上其它加工工序。工序。检测装置独立于机床，工装置独立于机床，工件需在机床与件需在机床与检测装置之装置之间运运输精品课件第21页，共77页。22u三坐三坐标测量机量机测量量在数控程序的控制下在数控程序的控制下，三三维测头沿被沿被测工件表面移工件表面移动，移移动过程中，程中，测头及光学的或感及光学的或感应式的式的测量系量系统将工件的尺寸将工件的尺寸记录下来，下来，计算机根据算机根据记录的的测量量结果，按果，按给定的坐定的坐标系系统计算被算被测尺寸。尺寸。使用要求（使用要求（对环境的要求）境的要求）由于它的由于它
20、的测量精度及可靠性量精度及可靠性与周与周围环境的境的稳定性有关，故其定性有关，故其对使用使用环境要求境要求较高。高。CMM必必须安装在安装在恒温的恒温的环境境中，并要中，并要防止敞露的表面和关防止敞露的表面和关键部位收到部位收到污染染。精品课件第22页，共77页。23u三三维测头的使用的使用使使用用三三维测头可可装装在在数数控控机机床床（加加工工中中心心）上上使使用用，而而无无需需将将工工件件从从机机床床上上运运输至至CMM进行行测量量，以以减减少少工工件件来来回回和和等等待待的的时间，减少，减少设备购入。入。三三维测头平平时可安放于刀可安放于刀库中，使用中，使用时取出装入主取出装入主轴孔中。
21、孔中。工件工件经过高高压切削液冲洗，并用切削液冲洗，并用压缩空气吹干后空气吹干后进行行检测。精品课件第23页，共77页。24u三三维测头的使用的使用图6-7数控机床的三数控机床的三维测头图6-8三三维测头自自动测量系量系统原理原理测头的的测量杆量杆接触工件表面后接触工件表面后，通，通过感感应式或式或红外外传送式送式传感器将感器将信号信号发送到接受器，然后送送到接受器，然后送给机床控制器机床控制器，计算机控制系算机控制系统根据根据位置位置检测装置的反装置的反馈数据得知接触点的位置坐数据得知接触点的位置坐标，通，通过相关相关软件件进行行计算算和和处理，达到不同的理，达到不同的测量目的。量目的。精品
22、课件第24页，共77页。25u激光激光测径径仪使使用用常常用用在在钢管管、钢棒棒的的热轧生生产线中中测量量工工件件的的外外径径。能能用用于于轧制制时的高温、振的高温、振动大的大的恶劣劣环境境。图6-9激光激光测径径仪原理原理图工工作作原原理理氦氦氖激激光光器器产生生的的光光束束经过平平面面镜反反射射到到多多面面棱棱镜W上上，当当同同步步电动机机M带动多多面面棱棱镜旋旋转后后，激激光光束束通通过透透镜L4称称为平平行行扫描描光光束束。平行平行扫描光束描光束经过透透镜L5后聚焦到光敏二极管后聚焦到光敏二极管V上。上。精品课件第25页，共77页。26u激光激光测径径仪l如如果果透透镜L4与与透透镜L
23、5之之间没没有有被被测的的钢管管，那那么么光光敏敏二二极极管管接接收收到到的的信信号号是是一一个个方方波波脉脉冲冲，如如6-10（a）。脉脉冲冲宽度度T与与同同步步电机机的的转速速、透透镜L4的的焦焦距距多多面棱面棱镜的的结构有关。构有关。l若若有有被被测件件，则波波形形如如6-10（b），其其中中脉脉冲冲宽度度T与与被被测件件的的尺尺寸寸（钢管的直径）成正比。管的直径）成正比。图6-10激光激光测径径仪波形波形图图6-9激光激光测径径仪原理原理图精品课件第26页，共77页。27u机器人机器人辅助助测量量机器人机器人测量具有在量具有在线、灵活、高效等特点，、灵活、高效等特点，特特别适合自适合自
24、动化制造系化制造系统中的工序中的工序间和和过程程测量量。机器人机器人辅助助测量分量分为直接直接测量量和和间接接测量量：直接：直接测量称量称为绝对测量，它要求机器人具有量，它要求机器人具有较高的运高的运动精度和定位精度，因此造价也精度和定位精度，因此造价也较高；高；间接接测量也称量也称为辅助助测量，特点是量，特点是测量量过程中机器人坐程中机器人坐标运运动不参与不参与测量量过程，它的程，它的任任务是模是模拟人的人的动作将作将测量工具或量工具或传感器送至感器送至测量位量位置置。图6-11机器人机器人辅助助测量量精品课件第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
25、助测量l工件尺寸的自工件尺寸的自动检测l工工件件的的圆度度、垂垂直直度度的的自自动检测相相关关技技术还没没有达到有达到实用程度。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自自动在在线检测定定义指在指在设备运行、生运行、生产不停不停顿的情况下，根据信号的情况下，根据信号处理的基本原理，理的基本原理，跟跟踪并掌握踪并掌握设备的当前运行状的当前运行状态，预测未来的状况未来的状况并根据出并根据出现的情况的情况对生生产线进行必要的行必要的调整整。分分类（检测范范围与深度不同）与深度不同）自自动检测：即加工中：即加工中测量量仪与机床、刀具、工件等与机床、刀具、工件等设备组成成闭
26、环系系统。检测工件尺寸的工件尺寸的变化量化量。机床机床监测：即：即对加工加工设备状状态进行行监视。通。通过传感元件感元件监测有关机有关机床、床、产品及加工品及加工过程的信息程的信息。自适自适应控制：指加工系控制：指加工系统能能自自动适适应客客观条件条件的的变化而化而进行相行相应的自我的自我调节。精品课件第29页，共77页。30实现在在线检测的方法的方法一种可采用在机床上安装自一种可采用在机床上安装自动检测装装置；另一种可采用在自置；另一种可采用在自动线中中设置自置自动检测工位的方法。工位的方法。自自动化化单机机可在机床上安装自可在机床上安装自动尺寸尺寸检测装置与自装置与自动补偿装置。装置。可可
27、组成自成自动线也具有自也具有自动检测与与补偿功能。功能。组合机床自合机床自动线/专用机床自用机床自动线在自在自动线中适当的位置中适当的位置设置自置自动检测工位，工位，由人工由人工对自自动线进行行调整。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自自动补偿对一一些些采采用用调整整法法进行行加加工工的的机机床床，工工件件的的尺尺寸寸精精度度主主要要取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整精度。当当工工件件的的精精度度要要求求较高高，而而切切削削工工具具磨磨损较快快时，则机机床床工工作作时间不不长，工件的尺寸精度就会，工件的尺寸精度就会显著下降。著下降。p刀刀具具
28、磨磨损是是直直接接影影响响被被加加工工工工件件尺尺寸寸精精度度的的因因素素。如如要要保保持持工工件件的加工精度就必的加工精度就必须经常停机常停机调刀，又会影响加工效率。刀，又会影响加工效率。p必必须采采取取措措施施来来解解决决加加工工中中工工件件的的自自动测量量和和刀刀具具的的自自动补偿问题。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自自动补偿所所谓补偿，是是指指在在两两次次换刀刀之之间进行行的的刀刀具具多多次次微微量量调整整，以以补偿刀刃因磨刀刃因磨损对工件加工尺寸工件加工尺寸带来的影响。来的影响。图6-12自自动补偿的基本的基本过程程1-工件工件2-
29、测量装置量装置3-信号信号转换、放大装置、放大装置4-控制控制线路路5-机床机床6-控制控制线路路7-分分类机机8-合格合格补偿原原理理机机床床5加加工工后后的的零零件件送送至至检测装装置置2处检测，若若工工件件尺尺寸寸超超过一一定定值，检测装装置置产生生补偿信信号号，经3、4后后操操纵机机床床5上上的的自自动补偿装装置置使使刀刀具具按按指指定定值做做补偿运运动。当当出出现的的废品品超超过规定定数数值，控控制制线路路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补偿量量的的大大小小取取决决于于工工件件的的精精度度要要求求。补偿量量愈愈小小，获得得的的补偿精精度度就就愈愈高高
30、，工工件件尺尺寸的分散范寸的分散范围也愈小（公差也愈小（公差带宽度越小），度越小），对补偿执行机构的灵敏度要求也愈高。行机构的灵敏度要求也愈高。由由于于补偿是是滞滞后后的的，即即对已已加加工工的的零零件件进行行测量量和和发出出补偿信信号号避避免免下下一一个个零零件件成成为废品品，故故不不能能当当工工件件尺尺寸寸到到达达极极限限尺尺寸寸才才发出出补偿信信号号，需需在在公公差差带的的上上下下限限处建建立立警警告告界界限。限。图6-13被加工工件的尺寸分布与被加工工件的尺寸分布与补偿轴孔孔精品课件第33页，共77页。34三、刀具状态的自动识别与监测在机械加工在机械加工过程中最程中最为常常见的故障便是
31、刀具状的故障便是刀具状态的的变化。化。u刀具状刀具状态的自的自动识别刀具状刀具状态的自的自动识别指指对刀具切削状刀具切削状态的的识别。主要是在加工。主要是在加工过程程中能在中能在线识别出切削状出切削状态（刀具磨刀具磨损、破、破损、切屑、切屑缠绕以及切削以及切削颤振振等）。等）。u常用的常用的识别刀具状刀具状态的方法的方法（1）功率）功率检测刀具切削刀具切削过程中，通程中，通过测量主量主轴电动机机负载来来识别刀具的刀具的磨磨损状状态。因。因为发生磨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定值，则说明刀具磨明刀具磨损严重，需重，需换刀
32、。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常用的常用的识别刀具状刀具状态的方法的方法（3）声）声发射射检测切削切削过程中会程中会发出超声波脉冲，而磨出超声波脉冲，而磨损严重的刀具所重的刀具所发出的声出的声波波强度比正常度比正常值高高37倍。如果通倍。如果通过声声发射射检测方式方式检测到声波到声波强度迅速度迅速增增强，表明刀具磨，表明刀具磨损严重，需重，需换刀。刀。（4）学）学习模式模式需运用神需运用神经网网络相关算法，建立神相关算法，建立神经元网元网络模型，通模型，通过先前先前获得的数据，得的数据，对神神经网网络进行行训练，当系，当系统具有一定的判断力后
33、，再将其用于具有一定的判断力后，再将其用于实际刀具状刀具状态识别中。中。（2）力）力检测通常通常检测作用在主作用在主轴或或滚珠珠丝杠上力的大小，杠上力的大小，获取切削力或取切削力或进给力力的大小，如果大于的大小，如果大于设定定值，则判断刀具磨判断刀具磨损，需，需换刀。刀。精品课件第35页，共77页。36u钻头磨磨损状状态自自动识别案例案例通通过检测电动机机电流信号流信号来来识别刀具磨刀具磨损状状态。依据依据对钻头磨磨损量的分量的分类，建立在不同刀具磨，建立在不同刀具磨损类别下的数学模型，用来描下的数学模型，用来描述述电流与刀具磨流与刀具磨损状状态的关系。的关系。应用中，通用中，通过检测电流流值
34、的大小，的大小，识别刀具的磨刀具的磨损状状态。电流信号不流信号不仅与刀具磨与刀具磨损有关，与切削参数、加工材料、刀具材料也有关，与切削参数、加工材料、刀具材料也密切相关。需建立刀具磨密切相关。需建立刀具磨损状状态与与电流信号之流信号之间的关系。需用到神的关系。需用到神经网网络模模型、模糊数学、回型、模糊数学、回归分析等数学知分析等数学知识建立建立钻削削过程中程中电流信号与刀具磨流信号与刀具磨损状状态的的识别模型。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钻头磨磨损状状态自自动识别案例案例1.钻头磨磨损状状态划分划分根据根据钻削削过程的要求，把刀具磨程的要求
35、，把刀具磨损量分量分为A、B、C三三类，各，各类的平均的平均磨磨损量分量分别为：0.2mm、0.5mm、0.8mm。2.电流信号模型流信号模型电流信号流信号I与切削速度与切削速度v、进给量量f、刀具直径、刀具直径d、刀具磨、刀具磨损量量w相关，当相关，当使用新的切削刃使用新的切削刃时图6-14钻削削电流神流神经网网络模型模型主主轴电流幅流幅值进给电流幅流幅值精品课件第37页，共77页。38u钻头磨磨损状状态自自动识别案例案例对应的的A/B/C类刀具磨刀具磨损量建立量建立电流神流神经网网络数学模型。数学模型。图6-14钻削削电流神流神经网网络模型模型主主轴电流幅流幅值进给电流幅流幅值若已知切削速
36、度若已知切削速度v、进给量量f、刀具直径、刀具直径d（在当前的刀具磨（在当前的刀具磨损量下量下w），会），会有一有一组对应的的电流流值（通（通过神神经网网络算法算法获得）将其与得）将其与实际所所测的的电流流值比比较，其，其贴近程度反映刀具磨近程度反映刀具磨损属于何属于何类。精品课件第38页，共77页。39u刀具状刀具状态监测刀具的刀具的监测技技术与刀具的状与刀具的状态识别技技术是是紧密相密相连的。刀具的的。刀具的监测建建立在刀具的状立在刀具的状态识别基基础之上。之上。刀具状刀具状态监测技技术强调用什么方法，装置（用什么方法，装置（过程）表程）表6-1/6-2刀具状刀具状态识别强调结果（刀具状果
37、（刀具状态是好是坏，是好是坏，处于什么程度）于什么程度）刀具状刀具状态监测实际应用方法用方法直接直接测量法：就是量法：就是直接直接检测刀具的磨刀具的磨损量量，并通，并通过控制系控制系统控制控制补偿机构机构进行相行相应的的补偿，保，保证各加工表面各加工表面应具有的尺寸精度。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刀具状刀具状态监测实际应用方法用方法间接接测量量法法：刀具的磨：刀具的磨损区往往很区往往很难直接直接测到，常常通到，常常通过测量量切削切削力、切削力矩、切削温度、振力、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
38、判断磨参数、噪声和加工表面的粗糙度等来判断磨损程度程度。p根据根据切削力的切削力的变化判化判别刀具的磨刀具的磨损程度的。程度的。p对于于加工中心而言加工中心而言测量装置是无法装在刀具上，一般量装置是无法装在刀具上，一般情况下，情况下，就装在主就装在主轴的的轴承上，承上，这种种轴承称承称为测力力轴承。通承。通过测量量测力力轴承的受力情况来确定刀具承的受力情况来确定刀具的磨的磨损情况情况。u刀具状刀具状态监测精品课件第40页，共77页。41u刀具的自刀具的自动监控控刀具刀具的自的自动监控控主要集中在主要集中在刀具寿命刀具寿命、刀具磨刀具磨损、刀具破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
39、障等方面等方面。采用刀具。采用刀具监控技控技术后，可减少后，可减少75%的由人的由人和技和技术因素引起的故障停机因素引起的故障停机时间。刀具寿命自刀具寿命自动监控控通通过对刀具加工刀具加工时间的累的累计，直接，直接监控刀具的寿命控刀具的寿命。当累。当累计时间达到达到预定刀具寿命定刀具寿命时，发出出换刀信号；刀信号；提前提前计算出刀具寿命内可加工的工件数，通算出刀具寿命内可加工的工件数，通过计工件数工件数来来实现刀具寿命刀具寿命监控（加工同一种工件）；控（加工同一种工件）；。精品课件第41页，共77页。42u刀具的自刀具的自动监控控刀具磨刀具磨损、破、破损的自的自动监控控切削力、扭矩、振切削力、
40、扭矩、振动、声、声发射（射（AE）、激光（表面粗糙度）、激光（表面粗糙度）图6-17刀具磨刀具磨损振振动监测系系统原理原理图1-工件工件2-加速度加速度计3-刀架刀架4-车刀刀刀刀架架的的垂垂直直方方向向（敏敏感感方方向向）上上安安装装加加速速度度传感感器器获取取振振动信信号号，经放放大大、滤波波及及转换处理理后后，用用计算算机机进行行分分析析比比较，当当判判别刀刀具具磨磨损的的振振动特征量超特征量超过允允许值，控制器，控制器发出出换刀信号。刀信号。精品课件第42页，共77页。43u刀具的自刀具的自动监控控刀具磨刀具磨损、破、破损的自的自动监控控切削力、扭矩、振切削力、扭矩、振动、声、声发射（
41、射（AE）、激光（表面粗糙度）、激光（表面粗糙度）声声发射射传感感器器安安装装在在工工作作台台上上接接收收声声音音信信号号，若若钻头发生生破破损，所所接接收收到到的的钻头的的声声音音信信号号异异常常、机床控制器机床控制器发出出换刀信号。刀信号。图6-18声声发射射钻头破破损监测装置原理装置原理图刀刀具具磨磨损时的的声声发射射值主主要要取取决决于于刀刀具具破破损面面的的大大小小，与与切切削削条条件件关关系系不不大大，故故应用用广广泛泛，既可用于既可用于车刀、刀、铣刀等刀等较大的刀具的大的刀具的监测，也可用于小刀具如小，也可用于小刀具如小钻头的的监测。精品课件第43页，共77页。44轻松一刻松一刻
42、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 填空填空题（共（共5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监控系控
43、系统的的组成成自自动化加工化加工监控系控系统主要由主要由信号信号检测、特征提取特征提取、状状态识别、决策决策和控制和控制等四个部分等四个部分组成。成。图6-19加工加工过程程监控系控系统一般一般结构构（1）信号）信号检测：监控系控系统的首要步的首要步骤，加工，加工过程中程中产生的信号生的信号类型各异，从型各异，从不同角度反不同角度反映加工状映加工状态的的变化化。信号需要用相。信号需要用相应的的传感器感器获取。取。（2）特征提取：）特征提取：对检测信号信号进行行进一步一步处理，理，从从大量大量检测信号中提取出与加工状信号中提取出与加工状态变化相关的化相关的特征参数特征参数。精品课件第46页，共7
44、7页。四、加工设备的自动监测47监控系控系统的的组成成自自动化加工化加工监控系控系统主要由主要由信号信号检测、特征提取特征提取、状状态识别、决策和决策和控制控制等四个部分等四个部分组成。成。图6-19加工加工过程程监控系控系统一般一般结构构（3）状）状态识别：通通过建立合理的建立合理的识别模型，根据模型，根据所所获取加工状取加工状态的特征参数的特征参数对加工加工过程的状程的状态进行分行分类判断。判断。（4）决策与控制：）决策与控制：根据状根据状态识别的的结果，在决策果，在决策模型指模型指导下下对加工状加工状态中出中出现的故障做出判决，并的故障做出判决，并进行相行相应的控制和的控制和调整。整。精
45、品课件第47页，共77页。48对监控系控系统的要求的要求对加工加工过程程、机床机床及及刀具刀具状况状况进行行监控，是自控，是自动化化监控系控系统的三个的三个主要任主要任务。各任。各任务除了要除了要选好状好状态变量之外，量之外，还必必须满足以下要求：足以下要求：（1）加工加工过程往往需要程往往需要监控多个状控多个状态变量量，仅监控一个状控一个状态变量是不量是不够的。的。（2）由于自由于自动化加工系化加工系统本身的加工特性，必本身的加工特性，必须监测振振动情况，在情况，在多多轴加工的情况下，加工的情况下，还必必须选择观测方向方向。（3）系系统中必中必须采用相采用相应的的识别控制程序控制程序对加工加
46、工过程出程出现的的异常状异常状态进行行识别。（4）由于交由于交换部件、刀具的数量大、控制程序部件、刀具的数量大、控制程序长，因此，必，因此，必须监测加工加工过程的初始条件程的初始条件。精品课件第48页，共77页。49加工加工设备的故障的故障诊断断监控的目控的目标检测并并诊断故障（断故障（检测相相应的信号，根据信号做的信号，根据信号做出出设备运行状运行状态的判断）。的判断）。诊断的定断的定义所所谓诊断就是断就是对设备的运行状的运行状态做出判断。做出判断。加工加工设备的自的自动监控与控与诊断包括四方面内容断包括四方面内容：（1）状状态量的量的监测：就是用适当的：就是用适当的传感器感器实时监测设备运
47、行状运行状态是否正常是否正常的状的状态参数参数。（信号。（信号检测）（2）加工加工设备运行异常的判运行异常的判别：是将状：是将状态量的量的测量数据量数据进行适当的信息行适当的信息处理，理，判断是否出判断是否出现设备异常的信号异常的信号。（特征提取）。（特征提取）（3）设备故障故障原因的原因的识别：找出加工找出加工设备发生故障的生故障的地点及原因地点及原因（设备的哪个部分出的哪个部分出现故障，因故障，因为什么而什么而发生故障），生故障），这是故障是故障诊断中最断中最难，最耗，最耗时的工作。（状的工作。（状态识别）建立在对加工设备的自动监控基础之上的精品课件第49页，共77页。50加工加工设备的故
48、障的故障诊断断监控的目控的目标检测并并诊断断故障（故障（检测相相应的信号，根据信号做出的信号，根据信号做出设备运行状运行状态的判断）。的判断）。诊断的定断的定义所所谓诊断就是断就是对设备的运行状的运行状态做出判断。做出判断。加工加工设备的自的自动监控与控与诊断包括四方面内容断包括四方面内容：（4）控制决策控制决策找出故障找出故障发生的地点及原因后，就要生的地点及原因后，就要对设备进行行检修，排除故修，排除故障，保障，保证设备能能够正常工作。正常工作。建立在对加工设备的自动监控基础之上的 状状态监测是故障是故障诊断的基断的基础，故障，故障诊断是断是对监测结果的果的进一步分一步分析和析和处理，而控
49、制决策是在理，而控制决策是在监测和和诊断基断基础上做出的。因此，三上做出的。因此，三者之者之间必必须紧密集成在一起。密集成在一起。精品课件第50页，共77页。51加工加工设备的故障的故障诊断断用于用于设备状状态监测的振的振动监测法和油料法和油料监测法：法：（1）振）振动监测法法通通过对某某结构的固有特征参数（固有构的固有特征参数（固有频率、阻尼比、率、阻尼比、模模态）的）的监测，来，来实现对设备的状的状态监测。振振动传感器安装在感器安装在设备上上时，需安装在其振，需安装在其振动敏感的方向上。敏感的方向上。刀具的受力方向，刀具的受力方向，90外外圆车刀刀车外外圆时？面面铣刀刀铣端面端面时？建立在
50、对加工设备的自动监控基础之上的精品课件第51页，共77页。52用于用于设备状状态监测的振的振动监测法和油料法和油料监测法：法：（2）油料）油料监测法法润滑油在机械滑油在机械设备中循中循环流流动时必然携必然携带设备零部零部件运行状件运行状态的大量信息，的大量信息，这些信息可提供有关零件磨些信息可提供有关零件磨损的的类型、程度型、程度以及及其剩余寿命的信息。以及及其剩余寿命的信息。油油样的分析的分析过程包括采程包括采样、监测、诊断、断、预测与与处理五个步理五个步骤。通常采用。通常采用的分析方法有油的分析方法有油样光光谱分析法（分析法（SOAP）、）、铁谱分析法、分析法、润滑油滑油铁粉粉浓度分析度分
51、析法。法。SOAP法法对于油内的某种磨于油内的某种磨损材料的材料的浓度，可以用度，可以用辐射光射光谱分析分析仪或或原子吸收光原子吸收光谱分析分析仪来来测定，定，这两种两种仪器都是利用油液中所含器都是利用油液中所含元素的原子吸收元素的原子吸收/发出出辐射能射能，进行光行光谱分析来确定其含量。分析来确定其含量。精品课件第52页，共77页。53铁谱分析法分析法磨粒的磨粒的类别和和数量数量的多少及的多少及增加的速度增加的速度与摩擦面材料的与摩擦面材料的磨磨损程度及磨程度及磨损速度速度有直接的关系；而有直接的关系；而磨粒的形磨粒的形态、颜色色及及尺寸尺寸等等则与与磨磨损类型、磨型、磨损进程程有密切关系。
52、因此有密切关系。因此铁谱分析法在判断磨分析法在判断磨损故障的部位、故障的部位、严重程度、重程度、发展展趋势及及产生的原因等方面能生的原因等方面能发挥全面的作用。全面的作用。怎么做？怎么做？用用铁谱仪把混于把混于润滑油中的滑油中的磨粒分离出来磨粒分离出来，并，并按其尺寸大小按其尺寸大小依次、依次、不重叠地不重叠地沉淀到沉淀到一一块透明的透明的基片上基片上（即制作（即制作谱片），片），在在显微微镜下下观察察，以，以进行定性分析（指行定性分析（指对磨粒的形磨粒的形态特征、尺寸大小及其差特征、尺寸大小及其差异等表面形貌及成分异等表面形貌及成分进行行监测和分析）。和分析）。利用利用加装在加装在铁谱显微微
53、镜上的上的光密度光密度计，还可以可以对谱片上大小磨粒的相片上大小磨粒的相对含量含量进行定量分析行定量分析，也可也可用用计算机算机对磨屑磨屑进行行图像像处理理，以，以获取磨屑的有关参数取磨屑的有关参数。精品课件第53页，共77页。54润滑油滑油铁粉粉浓度分析度分析通通过检测分析分析润滑油中金属磨粒的含量（滑油中金属磨粒的含量（浓度）度）来来评价零部件的磨价零部件的磨损程度。常用来分析程度。常用来分析轴承、承、齿轮、油缸的磨、油缸的磨损程度。程度。精品课件第54页，共77页。55简述述题（共（共2题）1.加工设备监控系统由哪几部分组成？每部分的作用是什么？2.加工设备的自动监控与故障诊断主要包括哪
54、几部分内容？精品课件第55页，共77页。五、相关检测技术56无无损探探伤检测技技术就是就是在不破坏或在不破坏或损伤原材料和工件等受原材料和工件等受检对象的前提下，象的前提下，测定和定和评价物价物质内部或外表的物理和力学性能。内部或外表的物理和力学性能。应用形式用形式一是在生一是在生产过程中程中的无的无损检测，它可以剔除每道生，它可以剔除每道生产工序中工序中的不合格的不合格产品，并把品，并把检测结果反果反馈到生到生产工工艺中去，指中去，指导和改和改进生生产，监督督产品的品的质量。量。二是用于成品的二是用于成品的质量控制，即用于出厂前的成品量控制，即用于出厂前的成品检验和用和用户验收收检验。三是在
55、三是在产品使用品使用过程中的程中的检测，即，即维护检验。精品课件第56页，共77页。57常常见的几种无的几种无损探探伤检测手段（光、手段（光、电、声、磁）、声、磁）1.磁粉探磁粉探伤检测磁粉探磁粉探伤检测是通是通过铁磁性材料的磁性磁性材料的磁性变化来探化来探测铁磁性材料工件磁性材料工件表面和近表面表面和近表面是否有缺陷的一种无是否有缺陷的一种无损检测方法。方法。适用适用场合合适用于适用于检测铁磁性材料及其合金，主要是磁性材料及其合金，主要是铁、钴、镍及其合金。及其合金。见表表6-3。检测原理原理基于通基于通电导体周体周围产生磁生磁场时的的电磁感磁感应现象在象在检测中的中的应用。用。图6-20磁
56、粉探磁粉探伤原理原理精品课件第57页，共77页。58常常见的几种无的几种无损探探伤检测手段（光、手段（光、电、声、磁）、声、磁）1.磁粉探磁粉探伤检测图6-20磁粉探磁粉探伤原理原理将将工工件件置置于于磁磁场中中进行行磁磁化化，工工件件无无缺缺陷陷的的部部分分磁力磁力线分布均匀；分布均匀；将将工工件件有有缺缺陷陷，缺缺陷陷处磁磁阻阻大大（磁磁导率率小小），此此处的的磁磁力力线发生弯曲；生弯曲；若若工工件件的的缺缺陷陷在在近近表表面面处，有有一一部部分分磁磁力力线弯弯曲曲而而暴暴露露在在空空气气中中，形形成成漏漏磁磁场（比比实际缺缺陷陷宽很很多多）。若若在在工工件件表表面面撒撒上上导磁磁率率很很
57、高高（磁磁阻阻很很小小）的的磁磁粉粉，则磁磁粉粉会会被被漏漏磁磁场吸吸住住而而聚聚集集形形成成磁磁痕痕（比比真真实缺陷缺陷宽很多），从而暴露出工件缺陷位置。很多），从而暴露出工件缺陷位置。若缺陷很深，能被探测出吗？每个工件必须进行纵、横两个方向的磁化与检测缺陷与磁力线垂直时更容易被检测出。精品课件第58页，共77页。591.磁粉探磁粉探伤检测磁粉探磁粉探伤的的优点点显示直示直观，磁痕一般比裂，磁痕一般比裂纹尺寸大，易于尺寸大，易于观察；察；探探测灵敏度高，最小缺陷灵敏度高，最小缺陷宽度可达度可达0.1微米；微米；适适应性性好好，对于于几几何何形形状状复复杂的的工工件件，可可以以采采用用不不同同
58、的的磁磁化化方方法法，对工件工件进行有效的全面行有效的全面检查；设备简单，成本低，操作方便，效率高。，成本低，操作方便，效率高。磁粉探磁粉探伤的缺点的缺点只只限限于于铁磁磁性性材材料料的的检查，主主要要包包括括碳碳钢、高高强度度合合金金钢、电工工钢；只能只能够检查工件的表面及近表面缺陷；工件的表面及近表面缺陷；不能定量不能定量测出缺陷的深度；出缺陷的深度；必必须用人眼来用人眼来观察，易造成操作人察，易造成操作人员的疲的疲劳。精品课件第59页，共77页。60常常见的几种无的几种无损探探伤检测手段（光、手段（光、电、声、磁）、声、磁）2.超声波探超声波探伤检测超声波超声波检测主要用于主要用于检测构
59、件构件内部及表面的缺陷内部及表面的缺陷，或用于，或用于压力容力容器、管道器、管道壁厚壁厚的的测量。量。检测时将探将探头放在被放在被测件表面，探件表面，探头或或测试部位部位应涂耦合涂耦合剂（水、油）（水、油）以保以保证二者二者紧密接触，探密接触，探头向被向被测件件发射射纵波（垂直探波（垂直探伤）或横波（斜）或横波（斜向探向探伤）并接受从缺陷）并接受从缺陷处传回的反射波，由此回的反射波，由此对缺陷缺陷进行判断。行判断。当当探探头与与钢试件件之之间存存在在空空气气时，超超声声波波基基本本上上不不能能透透入入钢中中，采采用用机机油油为耦耦合合剂时，约有有16%的的发射射声声压进入入钢中，已足中，已足够
60、了。了。精品课件第60页，共77页。61常常见的几种无的几种无损探探伤检测手段（光、手段（光、电、声、磁）、声、磁）2.超声波探超声波探伤检测超声波的特性超声波的特性超声波在介超声波在介质中中传播播时，遇到界面会，遇到界面会发生反射；生反射；超声波指向性好，超声波指向性好，频率愈高，指向性愈好；率愈高，指向性愈好；超声波超声波传播能量大，播能量大，对各种材料的穿透力各种材料的穿透力强。超声波探超声波探伤检测特性（特性（优点）点）对裂裂纹、夹层、折叠、未、折叠、未焊透等透等类型的缺陷具有型的缺陷具有很高的很高的检测能力能力。可探可探测厚度厚度较大的材料大的材料，且具有，且具有检测速度快、速度快、
61、费用低并能用低并能对缺缺陷陷进行定位和定量，行定位和定量，对人体无害及人体无害及对危害危害较大的平面缺陷的探大的平面缺陷的探测灵灵敏度高。敏度高。精品课件第61页，共77页。62常常见的几种无的几种无损探探伤检测手段（光、手段（光、电、声、磁）、声、磁）2.超声波探超声波探伤检测超声波超声波检测局限（缺点）局限（缺点）对于球状缺陷如气孔，假如气孔不是很大，或不太密集，就于球状缺陷如气孔，假如气孔不是很大，或不太密集，就难以以获得足得足够的回波。的回波。无法比无法比较直直观地判断缺陷的几何形状、尺寸和性地判断缺陷的几何形状、尺寸和性质。超声波超声波检测技技术难度度较大，其效果和可靠程度往往受到操
62、作人大，其效果和可靠程度往往受到操作人员技技术水平的影响。水平的影响。精品课件第62页，共77页。63根据超声波的波形、根据超声波的波形、发送与接收的方式不同，超声探送与接收的方式不同，超声探伤检测的方法有的方法有（1）共振法）共振法用于用于检测工件厚度或探工件厚度或探伤检测工件厚度工件厚度时，调整整发射超声波的射超声波的发射射频率，改率，改变发射到工件中的超声射到工件中的超声波波波波长，当工件的厚度是超声波半波，当工件的厚度是超声波半波长的整数倍的整数倍时，发射波与反射波相互叠加射波与反射波相互叠加便便产生共振，根据共振生共振，根据共振时谐波的波的阶数与超声波的波数与超声波的波长，便可得出工
63、件的厚度。，便可得出工件的厚度。（目前很少用）（目前很少用）探探伤时，超声波的，超声波的频率等于被率等于被测工件的固有振工件的固有振荡频率，率，则会会发生共振，被生共振，被测工件内部如无缺陷，就能同超声波工件内部如无缺陷，就能同超声波产生共振。反之如果内部有缺陷，就不能生共振。反之如果内部有缺陷，就不能产生共振，或共振生共振，或共振频率不一率不一样。如果材料内部有缺陷，。如果材料内部有缺陷，则缺陷与材料缺陷与材料间必存在必存在一界面，相当于改一界面，相当于改变了所要了所要测量的材料的厚度，所以共振点量的材料的厚度，所以共振点转移，共振移，共振频率改率改变。精品课件第63页，共77页。64（2）
64、穿透法）穿透法根据超声波穿透工件后的能量根据超声波穿透工件后的能量变化来判断共建内部有无缺陷。化来判断共建内部有无缺陷。需两个探需两个探头，分，分别置于被置于被测件相件相对的两个的两个侧面，分面，分别用于用于发射与接收超声波。射与接收超声波。若无缺陷，超声波穿透工件后衰弱若无缺陷，超声波穿透工件后衰弱较小，接收到的超声波信号小，接收到的超声波信号较强；若有缺陷，；若有缺陷，超声波在缺陷超声波在缺陷处反射、折射后穿透接受到的超声波信号弱，故根据接收到的超声波反射、折射后穿透接受到的超声波信号弱，故根据接收到的超声波能量的大小可判断出缺陷的位置及大小。能量的大小可判断出缺陷的位置及大小。精品课件第
65、64页，共77页。65根据超声波的波形、根据超声波的波形、发送与接收的方式不同，超声探送与接收的方式不同，超声探伤检测的方法有的方法有（3）脉冲反射法）脉冲反射法应用最广泛的一种超声波用最广泛的一种超声波检测法法超声波探超声波探头发射脉冲波（一定射脉冲波（一定频率、一定率、一定时间间隔）到被隔）到被检测工件工件内，通内，通过观察示波器上来自内部缺陷或工件底面反射波的情况来察示波器上来自内部缺陷或工件底面反射波的情况来对试件件缺陷的大小及深度。缺陷的大小及深度。缺陷回波法 底波高度法精品课件第65页，共77页。66常常见的几种无的几种无损探探伤检测手段（光、手段（光、电、声、磁）、声、磁）3.射
66、射线探探伤检测射线检测主要检查工件的内部缺陷探探伤检测原理原理在射在射线检测中中应用的射用的射线主要是主要是X X射射线、射射线和中子射和中子射线。X X射射线和和射射线属于属于电磁磁辐射，中子射射，中子射线是中子束流。是中子束流。 由于他由于他们属属电中性，中性，不会受到不会受到库伦场的影响而的影响而发生偏生偏转，且，且贯穿物穿物质的本的本领较强，被广泛，被广泛应用于无用于无损检测。 在在穿透物体的穿透物体的过程中程中受到的吸收受到的吸收和和散射，而使得穿透后射散射，而使得穿透后射线强度减弱度减弱。图6-21射射线照相探照相探伤法法（1）照相法：用）照相法：用强度均匀的射度均匀的射线照射被照
67、射被检测的物体，把胶片的物体，把胶片显影后就可得到与材料内部影后就可得到与材料内部结构和缺陷相构和缺陷相对应的黑度不同的的黑度不同的图像，即射像，即射线底底片，通片，通过对这种底片的种底片的观察来察来检验缺陷的种缺陷的种类、大小、分布状况等。大小、分布状况等。有有气气孔孔，射射线容容易易通通过（影影像像更更黑黑）；有有吸吸收收射射线的的异物，异物，则射射线不易通不易通过。精品课件第66页，共77页。67（2）电离离检测法法：X射射线通通过气气体体时，撞撞击气气体体分分子子使使其其中中某某些些原原子子失失去去电子子变成成离离子子，产生生电离离电流流。如如果果将将透透过试件件的的X射射线通通过电离
68、离室室测量量射射线强度，就可以根据度，就可以根据电离室内离室内电离离电流的大小来判断流的大小来判断试件的完整性。件的完整性。 这种种方方法法对缺缺陷陷性性质的的判判别较困困难，只只适适用用于于形形状状简单、表表面面工工整整的的工工件件，应用用较少。少。图6-22电离探离探伤检测原理原理精品课件第67页，共77页。68（3）荧光屏直接光屏直接观察法：将透察法：将透过试件的射件的射线投射到涂有投射到涂有荧光物光物质的的荧光光屏上屏上时，在，在荧光屏上会激光屏上会激发出不同出不同强度的度的荧光来，利用光来，利用荧光屏上的可光屏上的可见影像影像直直接接辨辨认缺陷。缺陷。这种方法成本低，适用于形状种方法
69、成本低，适用于形状简单、要求不、要求不严格的格的产品的品的检测。图6-23荧光屏光屏观察法示意察法示意图根据缺陷在底片上的影像，只能判定缺陷在工根据缺陷在底片上的影像，只能判定缺陷在工件中的平面位置，也就是件中的平面位置，也就是说，只能把缺陷位置，只能把缺陷位置以两个坐以两个坐标表示出来。表示出来。为了确定第三个坐了确定第三个坐标，即决定缺陷所在位置的深度，必即决定缺陷所在位置的深度，必须进行两次不行两次不同方向的照射。同方向的照射。精品课件第68页，共77页。69射射线探探伤检测的的优点：点：（1）对缺缺陷陷形形象象检测直直观，对缺缺陷陷的的尺尺寸寸和和性性质判判断断比比较容容易易，便便于分
70、析于分析处理。理。（2）射）射线照相照相底片底片可作可作为原始的原始的资料料长期保存期保存。（3）利用）利用图像像处理技理技术可以可以实现缺陷缺陷评定定分析自分析自动化化。射射线探探伤检测的缺点的缺点：（1）对人体有害，在人体有害，在检测中必中必须注意防注意防护。（2）相）相对于其它的于其它的检测方法而言，射方法而言，射线探探伤检测的的成本成本较高。高。精品课件第69页，共77页。70常常见的几种无的几种无损探探伤检测手段（光、手段（光、电、声、磁）、声、磁）4.涡流探流探伤检测涡流流检测只适用于只适用于导电材料材料的的检测探探伤所所谓涡流，就是指能流，就是指能导电的的试件，在周件，在周围交交
71、变磁磁场的作用下，在的作用下，在导电试件中件中感感应出漩出漩涡状的状的电流流。（只有（只有导电材料才会材料才会产生生涡流）流）探探伤检测原理原理涡流探流探伤检测是以是以电磁感磁感应理理论作作为基基础的，通的，通过检测激励（敏感）激励（敏感）线圈磁圈磁场和感和感应涡流磁流磁场之之间的交互作用的交互作用来探来探伤。图6-24涡流探流探伤原理原理a)单线圈圈检测b)双双线圈圈检测精品课件第70页，共77页。71探探伤检测原理原理涡流探流探伤检测是以是以电磁感磁感应理理论作作为基基础的，通的，通过检测激激励（敏感）励（敏感）线圈磁圈磁场和感和感应涡流磁流磁场之之间的交互作用的交互作用来探来探伤。图6-
72、24涡流探流探伤原理原理a)单线圈圈检测b)双双线圈圈检测1 1高高频的交的交变电压发生器（振生器（振荡器）供器）供给检测线圈以激励圈以激励电流，流，从而在从而在检测线圈附近圈附近产生一个激励磁生一个激励磁场2 2将被将被测件移入激励磁件移入激励磁场中，被中，被测件表面感件表面感应出出电涡流，流，电涡流流产生自己的磁生自己的磁场。检测线圈用来圈用来检测试件中件中涡流磁流磁场的的变化，便可以分析判断化，便可以分析判断试件中是否存在缺陷。件中是否存在缺陷。表面、近表面探伤精品课件第71页，共77页。72常常见的几种无的几种无损探探伤检测手段（光、手段（光、电、声、磁）、声、磁）无损探伤方法适用材料
73、探测缺陷的深度原理磁粉探磁粉探伤磁性材料磁性材料表面、近表面表面、近表面缺陷缺陷处产生漏磁生漏磁场吸住磁粉吸住磁粉超声波探超声波探伤内部及表面内部及表面超声波在缺陷超声波在缺陷处反射反射射射线探探伤内部及表面内部及表面射射线穿透缺陷穿透缺陷处射射线衰弱程度不同衰弱程度不同涡流探流探伤导电材料材料表面、近表面表面、近表面缺陷缺陷处产生畸生畸变的的涡流磁流磁场精品课件第72页，共77页。73气密性气密性检测技技术气气密密性性指指具具有有一一定定几几何何空空间容容器器的的密密闭程程度度，对于于大大部部分分有有气气密密性要求的性要求的检测件，气体的泄漏量是一个微小量。件，气体的泄漏量是一个微小量。干式
74、气密性干式气密性检测（1）压降法降法在被在被测容器的内腔中充入一定气体，若内腔存在泄露，容器的内腔中充入一定气体，若内腔存在泄露，则一段一段时间后内腔内气后内腔内气压会下降。比会下降。比较压力的力的变化，可判定化，可判定该容器的气密性如容器的气密性如何。何。图6-25压降法气密性降法气密性检测原理原理用于用于检测泄漏量比泄漏量比较大的大的场合。合。精品课件第73页，共77页。74气密性气密性检测技技术（2）流量）流量测量法量法在被在被测容器的内腔中充入一定气体，并使内腔与充气管路、容器的内腔中充入一定气体，并使内腔与充气管路、进气气阀、流、流量量计连接，若内腔存在泄漏，接，若内腔存在泄漏，则流
75、量流量计会有所会有所显示。示。用于用于检测泄漏量比泄漏量比较大的大的场合，否合，否则流量流量计的的检测精度要求很高。精度要求很高。（3）氦气泄露）氦气泄露检测法法在被在被测容器的内腔中充入一定氦气，并将容器置于一个箱体内，将容器的内腔中充入一定氦气，并将容器置于一个箱体内，将箱体内抽成真空，若被箱体内抽成真空，若被测容器存在泄漏，一段容器存在泄漏，一段时间后，真空箱体内将会存后，真空箱体内将会存在氦气。通在氦气。通过检测箱体内的氦气量来判定被箱体内的氦气量来判定被测容器的气密性。容器的气密性。要求，每要求，每检测完一个容器，容器及箱体内的氦气要清除干完一个容器，容器及箱体内的氦气要清除干净否否
76、则会引起会引起测量量误差。差。具有很高的精度，可用于具有很高的精度，可用于对气密性要求很高的工件，气密性要求很高的工件，但但设备价格高、价格高、费用大。用大。精品课件第74页，共77页。75气密性气密性检测技技术（4）压差式泄漏差式泄漏检测法法1平衡期平衡期 被被测件内腔与件内腔与标准容器内腔内充入准容器内腔内充入压力相同的气体后，关力相同的气体后，关闭阀1，阀2保持打开保持打开图6-27压差式泄漏差式泄漏检测法原理法原理2测试期期 保持保持阀1关关闭，关，关闭阀2，若被，若被测件气件气密性不佳，一段密性不佳，一段时间后，被后，被测件内腔与件内腔与标准容器内存准容器内存在气在气压差，差，传感器
77、感器检测其气其气压差并差并转化成化成电流信号流信号输出，出，经放大放大处理后理后输入控制部分，入控制部分，实现气密性自气密性自动检测。条件：1工件与检测用气体温度相同；2测试过程中系统不会发生弹性变化，即管路、密封装置的体积不会发生变化。精品课件第75页，共77页。76气密性气密性检测技技术湿式气密性湿式气密性检测湿式气密性湿式气密性检测是一种是一种传统的方法，又称湿式浸的方法，又称湿式浸水法，即在被水法，即在被检测工件的密封腔内充入一定工件的密封腔内充入一定压力的气体，力的气体，然后浸入水中，由工人来然后浸入水中，由工人来观察是否有气泡察是否有气泡产生。由于生。由于该方法方法简单并且直并且直
78、观，便于在生，便于在生产中中实施，目前很多生施，目前很多生产厂家采用湿式浸水法来厂家采用湿式浸水法来对零件零件进行气密性行气密性检验。图6-28湿式气密性湿式气密性检测装置装置精品课件第76页，共77页。77气密性气密性检测技技术湿式气密性湿式气密性检测 湿式气密性湿式气密性检测方法的缺点：方法的缺点： （1 1）工件必）工件必须浸入水中，浸入水中，检测后需后需对工件工件进行烘干，行烘干，为了防了防止工件生止工件生锈，常常需用煤油，酒精等液体来替代水，提高了，常常需用煤油，酒精等液体来替代水，提高了测试成本。成本。 （2 2）检测结果受到操作人果受到操作人员个人能力的限制，个人能力的限制，难以以严格控制格控制产品品质量，尤其是有量，尤其是有时泄漏的微小气泡会吸附在被泄漏的微小气泡会吸附在被测零件表面，零件表面，未及未及时升到水面上来，容易造成升到水面上来，容易造成误检。 （3 3）工人作）工人作业环境境恶劣，劣，劳动强度大。度大。 （4 4）主要依）主要依赖人工人工观察、判断，无法代之以自察、判断，无法代之以自动检测，不易，不易纳入自入自动生生产线中使用。中使用。精品课件第77页，共77页。
