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第五章 检测过程自动化 检测是企业产品质量管理的技术基础，也是制造系统不可缺少的一个重要组成部分。在机械加工过程中应用检测技术，可以保障高投资自动化加工设备的安全和产品的加工质量，避免重大的加工事故，提高生产率和设备的利用率。 随着现代制造技术、自动控制技术、计算机技术、人工智能技术以及系统工程技术的发展，各种新型刀具、材料及昂贵的加工设备的使用更加大了检测的难度，传统的人工检测技术已远远不能满足生产加工的要求。因此，各种先进的自动化检测技术和识别技术应运而生。 5.1 制造过程的检测技术 5.2 加工尺寸的自动测量 5.3 刀具的自动识别与监测 5.4 加工设备的自动监测 5.5 相关的检测技术 第一节 制造过程的检测技术 一、基本概念 检测技术是机械制造系统不可缺少的部分，它在机械制造领域中占有十分重要的地位。 制造过程的检测技术就是采用人工或自动的检测手段，通过各种检测工具或自动化检测装置，为控制加工过程、产品质量等提供必要的参数和数据。这些参数和数据可以是几何的、工艺的或物理的。 检测与组成加工系统之间的关系，如图5-2所示。 1）定位子系统：建立刀具与被加工工件的相对位置。 2）运动子系统：为加工提供切削速度及进给量 。 3）能量子系统：为加工过程改变工件形状提供能量保证。 4）检测子系统：为控制加工过程、产品质量等提供必要的 数据信息。 5）控制子系统：对加工系统的信息输入和传递进行必要的 控制，以保证产品质量，提高加工效率， 降低成本。它可以是人工控制，也可以是 自动控制。 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。 检测方法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 二、自动测量机构 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）。其自动测量原理如图5-4所示。 2.三坐标测量机 三坐标测量机又称计算机数控三坐标测量机，它是现代加工自动化系统中的测量设备。三坐标测量机不仅可以在计算机控制的制造系统中直接利用计算机辅助设计和制造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，而且能在工件加工、装配的前、后或过程中给出检测信息并进行在线反馈处理。 测量机原理 接触式三坐标测量机的原理是：将被测件置于三坐标的测量空间之内，测出接触点处的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经过计算可以求出被测件的几何尺寸、形状及位置。 基本结构 接触式三坐标测量机的基本结构可分为主机、测头、电气系统三大部分。 1）主机 （1）主机的构造 框架结构；标尺系统；导轨；驱动装置；平衡部件；转台与附件。 (2) 主机的结构形式与材料 三坐标测量机主机的结构形式可归纳为七大类：桥框式、悬臂式和龙门式，这三类即称为三坐标测量机；由镗床演变而来的立柱式和卧镗式，通常称这两类为万能测量机(Universal Measuring Machine，UMM)；由测量显微镜演变而来的仪器台式，又称三坐标测量仪；以及根据极坐标原理制成的极坐标式等。结构材料主要有：铸铁、钢、花岗石、陶瓷和铝。 (3)标尺系统 标尺系统，也称测量系统，是三坐标测量机的重要组成部分。按系统的性质，可分为机械式标尺系统、光学式标尺系统和电气式标尺系统。 2)三维测头 三维测头即是三维测量传感器，它可在3个方向上感受瞄准信号和微小位移。三坐标测量机测头的两大基本功能是测微(即测出与给定的标准坐标值的偏差值)和触发瞄准并过零发讯。按照结构原理，测头可分为机械式、光学式和电气式等。机械式主要用于手动测量；光学式主要由于非接触式测量；电气式多用于接触式的自动测量。 3) 电气系统 (1) 计算机硬件部分。 (2) 测量机软件，包括控制软件与数据处理软件。 它可进行坐标变换与测头校正，生成探测模式与测量路径，还用于基本几何元素及其相互关系