檢測(cè)技術(shù)在自動(dòng)化機(jī)械制造系統(tǒng)中的運(yùn)用研究

張志航

（洛陽(yáng)理工學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471023）

如今，機(jī)械制造經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展和對(duì)先進(jìn)科技的引入已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，這樣雖然能大幅提高產(chǎn)品質(zhì)量，但也在很大程度上對(duì)檢測(cè)技術(shù)提出了極高的要求，發(fā)展檢測(cè)技術(shù)，提高檢測(cè)水平，保證檢測(cè)成果的準(zhǔn)確性與可靠性，使其能適應(yīng)自動(dòng)化機(jī)械制造的發(fā)展需要。

1 檢測(cè)系統(tǒng)與數(shù)學(xué)模型

檢測(cè)系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)組成部分：其一，信息處理電路，能對(duì)各類信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)化處理；其二，各類傳感器；其三，中間轉(zhuǎn)換裝置；其四，記錄與顯示裝置。對(duì)于檢測(cè)系統(tǒng)，除了會(huì)采用很多敏感元件，而且還會(huì)用到很多輸出與測(cè)量軟件工具。系統(tǒng)中所有裝置和設(shè)備都應(yīng)具有良好靈敏度，且分辨率合格，具有線性的特點(diǎn)。借助檢測(cè)技術(shù)對(duì)各類機(jī)械制造產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，自動(dòng)化系統(tǒng)所有部分都應(yīng)充分發(fā)揮應(yīng)有作用，對(duì)被測(cè)產(chǎn)品做全方面檢測(cè)，感受到被測(cè)信息后，再按照一定規(guī)律對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并傳輸，然后對(duì)比檢測(cè)結(jié)果和正常信號(hào)，根據(jù)對(duì)比結(jié)果進(jìn)行分析，保證最終檢測(cè)結(jié)果的真實(shí)性與可靠性[1]。在自動(dòng)檢測(cè)中具有重要功能的設(shè)備與裝置有：傳感裝置、中間轉(zhuǎn)換裝置和顯示記錄裝置。檢測(cè)時(shí)，傳感裝置要有良好靈敏度，同時(shí)應(yīng)該確保滿足不失真測(cè)試的要求。自動(dòng)化機(jī)械制造系統(tǒng)檢測(cè)基本原理如圖1所示。工件尺寸和形狀在線測(cè)量方式如圖2所示。

圖1 自動(dòng)化機(jī)械制造系統(tǒng)檢測(cè)基本原理

系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，需通過(guò)傳感裝置實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。在傳感裝置運(yùn)行時(shí)，輸入信號(hào)變化往往十分迅速，而運(yùn)動(dòng)慣性和能量傳遞通常需要很長(zhǎng)的時(shí)間。為了能全面且系統(tǒng)的了解系統(tǒng)性能，需在檢測(cè)時(shí)分析傳感器對(duì)應(yīng)的信號(hào)，這種過(guò)程需要借助數(shù)學(xué)模型完成。在實(shí)踐過(guò)程中，設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，非線性校正往往有很大的困難，但線性檢測(cè)相比來(lái)說(shuō)較為簡(jiǎn)單。對(duì)此，實(shí)際工作中，針對(duì)那些不會(huì)造成太大影響的非線性因素，可忽略不予處理，而影響相對(duì)較大的那些因素，可根據(jù)微分方程來(lái)分析系統(tǒng)各類數(shù)據(jù)，包括輸入數(shù)據(jù)與輸出數(shù)據(jù)。基于檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型實(shí)際上是定常系數(shù)對(duì)應(yīng)的線性微分方程，根據(jù)輸出量的微分階次確定整個(gè)系統(tǒng)的階次。從數(shù)學(xué)模型具有的特點(diǎn)可以看出，對(duì)于所有復(fù)雜程度相對(duì)較高的系統(tǒng)，均可將其看成是由若干簡(jiǎn)單系統(tǒng)組成的。因此，該系統(tǒng)具有下列兩個(gè)方面的屬性：其一，疊加性，指的是系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)能對(duì)輸入信息對(duì)應(yīng)的輸出實(shí)施同步作用，即所有輸入結(jié)果的總和。其二，頻率保持性，將一定頻率的信號(hào)輸入至系統(tǒng)后，穩(wěn)態(tài)輸出相位和幅值會(huì)有所不同，而頻率卻和輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻率保持一致[2]。

2 檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用價(jià)值

2.1 有利于自動(dòng)化目標(biāo)的全面實(shí)現(xiàn)

對(duì)于機(jī)械制造產(chǎn)品，其精度和水平在很大程度上決定了整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。對(duì)此，在檢測(cè)不同的機(jī)械制造產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)利用不同的檢測(cè)技術(shù)，也就是需要得到先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)大力支持，以此保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。在選擇具體檢測(cè)裝置和方法時(shí)，應(yīng)充分考慮檢測(cè)對(duì)象具有的特點(diǎn)和具體的檢測(cè)目標(biāo)，以此確定適宜的參數(shù)類型，以確保通過(guò)檢測(cè)能獲得和設(shè)備實(shí)際情況相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，比如對(duì)某些零部件進(jìn)行加工時(shí)需要具備的內(nèi)外部條件，以及產(chǎn)品可能存在的缺陷和問(wèn)題[3]。

2.2 可有效提升產(chǎn)品質(zhì)量和精度水平

在現(xiàn)代化進(jìn)程日益加快的情況下，無(wú)論是計(jì)算機(jī)技術(shù)還是信息技術(shù)都得到快速發(fā)展，同時(shí)已經(jīng)開始在制造業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，這在很大程度上提高了整個(gè)行業(yè)的能力和水平，但這也對(duì)檢測(cè)有了越來(lái)越高的要求。在過(guò)去使用的檢測(cè)系統(tǒng)中，大多是對(duì)產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的基本數(shù)據(jù)信息進(jìn)行檢測(cè)，在引入先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)之后，實(shí)際的檢測(cè)范圍明顯增大，甚至能擴(kuò)展至產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，對(duì)實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和綜合檢驗(yàn)。從產(chǎn)品角度講，質(zhì)量和精度是關(guān)鍵所在，會(huì)受到加工設(shè)備自身精度和實(shí)際運(yùn)行狀況等因素的直接或間接影響。對(duì)此，為保證產(chǎn)品加工精度和質(zhì)量，越來(lái)越多的企業(yè)開始將焦點(diǎn)放在自動(dòng)化檢測(cè)方面，增加這一方面的投入力度，在積極創(chuàng)新的基礎(chǔ)上加強(qiáng)自主開發(fā)，使現(xiàn)有的檢測(cè)系統(tǒng)更好的適應(yīng)實(shí)際情況。從自動(dòng)化檢測(cè)出現(xiàn)到現(xiàn)在，得到了很大范圍的應(yīng)用，幫助人們更好的對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和精度等方面的誤差進(jìn)行控制，進(jìn)而從根本上提高各類產(chǎn)品的精度和質(zhì)量，保證專業(yè)水平和生產(chǎn)效率都得到大幅提升。除此之外，隨著自動(dòng)化檢測(cè)不斷應(yīng)用和發(fā)展，企業(yè)生產(chǎn)能力快速提高，各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果也將具有更高的精確性及權(quán)威性，為之后的調(diào)整和處理生產(chǎn)工藝方法奠定良好基礎(chǔ)，提供可靠參考依據(jù)。以自動(dòng)檢測(cè)為核心的檢測(cè)系統(tǒng)，能通過(guò)全面的智能化控制和動(dòng)態(tài)分析，獲取各類關(guān)鍵參數(shù)，進(jìn)而為產(chǎn)品加工質(zhì)量和精度的針對(duì)性檢測(cè)提供便利，為后續(xù)的生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)督與控制提供可靠的依據(jù)，從而大幅提高生產(chǎn)控制有效性和精準(zhǔn)性，在較大程度上增強(qiáng)產(chǎn)品及整個(gè)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)[4]。

3 檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用

（1）直接檢測(cè)裝置具體應(yīng)用。根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的特點(diǎn)，可將其細(xì)分成以下幾種，外圓類、孔類、平面類和斷續(xù)表面類等，針對(duì)不同的類型應(yīng)使用相應(yīng)的裝置進(jìn)行檢測(cè)。由于不同檢測(cè)對(duì)象的表面是完全不同的，無(wú)論是形狀還是機(jī)床工作特點(diǎn)均存在一定差異，因此檢測(cè)系統(tǒng)中檢測(cè)裝置也會(huì)有各自特殊性。以外圓磨削檢測(cè)為例，該裝置為單出點(diǎn)檢測(cè)裝置，由傳感器、量頭、氣動(dòng)檢測(cè)裝置等部分構(gòu)成。該系統(tǒng)中，量頭主要安裝于工作臺(tái)，測(cè)量杠桿其中一端和檢測(cè)對(duì)象下母線相連，另外一個(gè)端面則和氣動(dòng)式噴嘴始終保持一定間隔距離。杠桿其中一端可實(shí)現(xiàn)彈性變形，使能在接觸點(diǎn)上進(jìn)行檢測(cè)。在實(shí)際的檢測(cè)過(guò)程中，若工件尺寸滿足相關(guān)規(guī)范的要求，則浮標(biāo)自動(dòng)切斷光電系統(tǒng)，然后發(fā)出相應(yīng)的光信號(hào)，輸出后使砂輪退出，以此完成對(duì)一個(gè)工件的檢測(cè)與控制[5]。

（2）間接檢測(cè)裝置具體應(yīng)用。間接檢測(cè)是指采用預(yù)先設(shè)計(jì)和準(zhǔn)備好的裝置對(duì)整個(gè)執(zhí)行系統(tǒng)予以全面控制，也可采用專門的裝置來(lái)檢測(cè)尺寸等參數(shù)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)對(duì)象各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)的檢測(cè)與控制。以珩磨工序?yàn)槔M(jìn)行分析，在珩磨頭到達(dá)最高點(diǎn)后，塑料塊將進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)環(huán)，在工件未得到完全切割時(shí)，珩磨塊實(shí)際外徑大小將小于標(biāo)準(zhǔn)環(huán)。珩磨工序開始后，砂條將不斷向外部擴(kuò)張，如果工件實(shí)際尺寸大小與標(biāo)準(zhǔn)要求相符，則塑料塊將進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)環(huán)，此時(shí)由于存在摩擦力，會(huì)使標(biāo)準(zhǔn)環(huán)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)銷壓信號(hào)產(chǎn)生并發(fā)生后，將自動(dòng)停止工作。采用該裝置進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，應(yīng)注意塑料塊和砂條的磨損是否一致，對(duì)此應(yīng)根據(jù)塑料塊自身磨損規(guī)律確定標(biāo)準(zhǔn)環(huán)尺寸，以此減少或避免誤差的產(chǎn)生。

（3）刀具在機(jī)械制造系統(tǒng)當(dāng)中具有重要作用，是一個(gè)關(guān)鍵的組成部分，為了使刀具的運(yùn)行始終保持穩(wěn)定，保證產(chǎn)品精度和質(zhì)量，有必要引入刀具控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)，是一種有著很高自動(dòng)化水平的系統(tǒng)，能對(duì)加工好以后的各類刀具實(shí)施檢驗(yàn)檢測(cè)?？紤]到實(shí)際加工制作過(guò)程中難免頻繁的使用到刀具，故無(wú)法避免產(chǎn)生磨損，但現(xiàn)場(chǎng)的操作人員難以察覺(jué)這方面問(wèn)題，一旦發(fā)現(xiàn)，大多模型情況已經(jīng)十分嚴(yán)重，在這種情況下已經(jīng)加工完成的產(chǎn)品很難滿足精度和質(zhì)量要求。而引入刀具控制系統(tǒng)，能在尺寸發(fā)生變化且超過(guò)預(yù)先設(shè)定的數(shù)值以后，立即發(fā)出對(duì)刀具進(jìn)行適當(dāng)位移的刀具補(bǔ)償指令，在補(bǔ)償裝置收到這一指令后立即啟動(dòng)，在判斷工件實(shí)際情況和產(chǎn)生的變化基礎(chǔ)上，自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。另外，系統(tǒng)還能提醒相關(guān)操作人員處理磨損情況比較嚴(yán)重的刀具。

（4）在以往的加工制造程中，檢查始終都是一項(xiàng)事后判斷和干預(yù)手段，盡管通過(guò)事后檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn)一些實(shí)際問(wèn)題與缺陷，但卻難以挽回已經(jīng)造成的損失，這有悖于檢測(cè)工作的初衷，對(duì)最終的檢測(cè)成果準(zhǔn)確性和可靠性造成影響。近幾年，我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平日以提高，這在很大程度上促進(jìn)了檢測(cè)裝備與技術(shù)的快速發(fā)展，產(chǎn)生了自動(dòng)化檢測(cè)，在加工制造系統(tǒng)中合理應(yīng)用這一檢測(cè)技術(shù)能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)檢測(cè)，幫助操作人員更準(zhǔn)確和更及時(shí)的確定系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行狀況，從而防止各類實(shí)際問(wèn)題的產(chǎn)生和發(fā)展[6]。

（5）伴隨科技日益發(fā)展和提高，現(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)很難滿足現(xiàn)階段機(jī)械生產(chǎn)與發(fā)展要求。對(duì)此，相關(guān)部門和企業(yè)都必須積極開發(fā)與專業(yè)和生產(chǎn)要求相適應(yīng)的檢測(cè)技術(shù)。比如在過(guò)去應(yīng)用較為很多的抽樣檢測(cè)方法，需在大量產(chǎn)品中對(duì)包含規(guī)格與質(zhì)量等在內(nèi)的所有細(xì)節(jié)實(shí)施檢測(cè)，以此確定合格率，這樣無(wú)法確定所有產(chǎn)品能否達(dá)到相關(guān)規(guī)定的要求，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)效率穩(wěn)步提升造成影響。對(duì)此，在實(shí)際的檢測(cè)工作中，應(yīng)盡可能提高檢測(cè)的科學(xué)化與自動(dòng)化水平，減少對(duì)勞動(dòng)力的投入，使檢測(cè)效率得以穩(wěn)步提升。比如，科技發(fā)展使很多企業(yè)都具備了自動(dòng)化程度很高的設(shè)備，利用這些設(shè)備能在生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)，以此及時(shí)的發(fā)現(xiàn)和解決各類實(shí)際問(wèn)題，在檢測(cè)過(guò)程中通過(guò)對(duì)各類先進(jìn)科技的合理應(yīng)用，能切實(shí)有效的提升生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)企業(yè)未來(lái)的轉(zhuǎn)型也有極大的助力。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)階段機(jī)械制造業(yè)正不斷發(fā)展，已經(jīng)進(jìn)入到全新發(fā)展高度，但機(jī)械制造想要取得更大的突破，還需要在檢測(cè)方面投入更大的力度，發(fā)展檢測(cè)技術(shù)，尤其是要提高它的自動(dòng)化水平，只有這樣才能從根本上保證產(chǎn)品質(zhì)量，使企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中站穩(wěn)腳跟。