机械在线检测技术的应用

摘 要：介绍了机械检测技术的发展及其在制造工业发展中所起的重要作用.阐述了目前常用的检测技术及其不足之处,指出在线检测技术在检测精度、可操作性等方面的巨大优势及其在我国的发展方向.

关 键 词：检测技术；制造工业；在线检测；发展方向

中图分类号：TH186文献标识码：B文章编号：1009-8631（2013）01-0041-01

1引言

检测技术是现造业的基础技术之一,是保证产品质量的关键.随着现造业的发展,许多传统的检测技术已不能满足其需要,表现在：现造产品种类有很大的扩充,现造强调实时、在线、非接触检测,现代产品的制造精度大大提高.现代加工工业正在向高速、精密、自动化、大批量生产的方向发展,传统的制造技术及生产管理模式正发生巨大变革.目前,在工业发达的国家里,一般工厂能稳定掌握lum的加工精度,通常将加工精度在0.1-lum的加工方法称为精密加工,而将0.lum的加工方法称为超精密加工.由于精密加工和超精密加工技术是固体电子元件、航天机械、激光用光学元件、核聚变装置零件等加工的主要技术,许多工业发达国家都极为重视精密和超精密加工技术的发展.在我国,精密加工与超精密加工技术越来越受到重视,同时,制造过程中的自动化与高速化程度也越来越得到提高,这就要求与之相适应的高精度、高速度的自动化检测设备和先进的检测手段.我国机械行业中测量技术大部分限于静态测量,缺乏动态检测技术,尤其在大、微、特殊形状、特殊位置的测试上与国际先进水平相差较大.

2常用的检测基本形式

2.1手工检测技术.手工检测是使用千分尺、卡尺等常规量具、量仪人工校正测量,其效率低下,精度容易受到人为因素的影响,而且还导致了宝贵的机床机时的浪费,影响机床的利用及产品的加工质量.

2.2离线检测技术.加工工序之间、加工完成之后,将工件从机床上取下,利用其它检测设备（如三坐标测量机）进行检测.该方法一方面所采用的检测设备投资较大,由于我国大部分企业财力有限,因而难以具备高精度检测设备,这就给企业带来许多不变.另一方面,工件的多次装夹降低了生产效率,增加了重复定位误差,给生产和检测带来了诸多不变.

2.3在线检测技术.通过为机床配备一个触发式测头以及相应的检测宏程序,构成机床在线检测系统.该技术将加工和检测集成在一起,实现了加工过程中的自动检测,是一项很有发展潜力的检测技术.

3在线检测技术的优势及发展方向

3.1检测技术的发展历程.自然科学是人类认识世界和改造世界的强有力的武器,而自然科学的产生与发展都离不开测量.元素周期表的发明者门捷列夫说过：从开始有测量的时候起,才开始有科学.没有测量,精密科学就没有意义.新的测量方法标志着真正的进步,测试技术的水平是衡量一个国家科学技术水平的重要标志之十八世纪末期,由于欧洲工业的发展,要求统一长度单位.经过一百年的变迁,在1889年第一届国际计量大会上,规定了铂铱合金制成的具有刻线的基准尺（含铂90%,铱10%）作为国际米原器.1960年第十一届国际计量大会规定了采用X86在真空中的波长定义米.随着激光技术的发展,光速测量精确度的提高,现已用光速来定义米,即米是平面电磁波在真空中1/2997924585内所行进的距离.伴随着长度基准的发展,几何量测量器具也在不断改进.在十九世纪中叶以前,机械制造业中的主要测量工具是钢板刻线尺,测量精度为11nrn.机械式测量器具,如游标卡尺和千分尺的出现,将测量精度提高到了0.01～1nrn.测量实现了检测的自动化,是一种基于计算机自动控制的在线检测技术.随着数控机床在生产中的广泛应用,在线检测技术将会成为一项很有发展前景的技术.在线检测是一个动态测试过程.动态测试的工作条件和工作环境比静态测试要恶劣得多,而对测试技术的要求则很高,涉及到如传感器技术、通信技术、自动控制技术及计算机应用技术等多学科、多技术领域,同时也需建立新的测试理论和测试方法.国内外从事精密计量的学者、专家自七十年代后期开始进行研究,对其测试方法、评定准则、评定理论提出了自己的看法,并建立了数学模型、理论研究日臻完善和成熟.

3.2在线检测技术的优势.在线检测技术的发展为数控加工过程的质量检测提高了一套行之有效的方法.数控机床目前广泛应用的是触发式测头,具有低、可靠性强、自身精度高等特点.加工与检测在同一台设备上完成,避免了多次装夹、重复定位精度差及辅助时间长等问题.更为重要的是,其检测过程由数控程序来控制,械的空气轴承的回转精度,在半径方向为0.02um,轴向为0.02um；德国PerthometerSsP及英国Talysuris轮廓计可测粗糙度等各种参数,测量结果数字显示并可绘图记录,显示范围为0.001-125um[4],国内生产的轮廓仪可测量参数较少,最高测到Ra0.05-0.025um；德国克林贝格公司制造的PNC65型齿轮测量中心,可适应DIN,AGMA,150及自定义的评定标准,该机是直接在机上自动校调三维测头,使测量元件绝对位置精确,具有较高的机械精度和良好的稳定性.由此可见,我国在测量方面综合利用新技术、新原理、新方法上不如先进的国家,为了赶超国际先进水平,我国的不少科研机构和院校都在积极地探索先进的检测原理和方法,如由天津大学和南京依维柯汽车有限公司联合研制的依维柯白车身三维激光视觉检测系统,采用激光技术、CCD技术,利用基于三角法的主动和被动视觉检测技术实现被测点三维坐标尺寸的准确测量,其性能指标达到国际先进水平.

3.3目前国内外在线检测技术发展的主要方向.第一,在线检测系统的研究.从单参数检测向多参数综合检测；从单机检测向全生产线以及全车间全厂的在线检测,从单纯检测向检测与控制的闭环系统,从应用于大批量生产向应用于中小批量生产的柔性检测系统发展；第二,微机化智能化.采用微机智能功能来保证在线检测系统能满足生产线上各种参数变化及外界条件干扰时,系统能迅速适应变化和排除干扰；第三,在线检测系统的可靠性.生产线要求长期连续运行,因此要求从可靠性设计开始,保证元器件制造、调试安装各环节的可靠性,并在系统中加入故障自检自诊断功能,从而提高在线检测系统的可靠度；第四,在线检测装置产业化.使装置模块化、通用化、标准化,以利于降低成本,推广应用.我国的在线检测技术,特别是光学、光电在线检测的应用,虽然起步较晚,但是随着光机电一体化仪器和装置及光电技术、计算技术的发展,在线检测技术已获得重大进展.采用微电子技术装备及改造新、老机床设备是当今科学技术发展的趋势,是用新技术改造传统工业的主攻方向,也是符合我国国情的一项有力措施.我国金属切削机床的拥有量已超过300万台,在数量上居世界第二位,但其技术状态很差,老机床、普通机床多,高效、精密机床少.作为工业生产过程中最重要生产手段的机床设备处于这种状况则难以提高产品质量、劳动生产效率和经济效益.因此利用在线检测技术可在现有的设备上提高产品的质量,提高生产率.