精密檢測技術(shù)在機械加工制造領(lǐng)域中的應(yīng)用分析見解

倪靜

（中國空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽 471009）

從目前的使用情況來看，測量領(lǐng)域中的精密檢測技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在機械加工制造行業(yè)，為行業(yè)經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。通過梳理精密檢測技術(shù)在機械加工制造活動中的具體應(yīng)用，不僅可以積累有價值的數(shù)據(jù)信息，為技術(shù)體系的完善提供參考，而且可以優(yōu)化機械加工制造環(huán)境，對于促進社會和諧發(fā)展也有著積極意義。

1 常用精密檢測技術(shù)分類

1.1 傳感器檢測技術(shù)

在機械加工制造過程中，傳感器檢測技術(shù)屬于常用技術(shù)類型。傳感器主要由敏感元件、傳感元件、測量電路等部分組成，其中敏感元件屬于傳感器工作時的核心元件，常用材料為石英，其檢測原理在于，利用石英晶片正壓電效應(yīng)、反向電壓效引起的頻率波動，來校核零件生產(chǎn)過程中是否存在異常。相比其他檢測技術(shù)，該技術(shù)的抗干擾性較強，能夠適應(yīng)大多數(shù)檢測環(huán)境，同時工作效率較高、靈敏度較高，能夠在短時間內(nèi)完成檢測任務(wù)。另外，傳感器在與計算機進行對接后，能夠快速完成數(shù)據(jù)傳遞，具備操作簡單、使用方便等應(yīng)用優(yōu)勢，在很多領(lǐng)域中都有應(yīng)用。

1.2 三坐標測量技術(shù)

在機械加工制造過程中，也會使用到三坐標測量技術(shù)，該技術(shù)的工作原理在于，借助測量儀器，在所劃定的六面體空間中，對于目標機械零件的圓周分度、零件尺寸等參數(shù)進行檢測，隨后將測繪得到的數(shù)據(jù)錄入計算機中，借助三維軟件建立三維模型，期間也會對多種元素進行擬合處理，從而得到直觀性更強的應(yīng)用模型，對于模型中參數(shù)準確性、偏差情況進行校核，及時作出調(diào)試，等待其滿足要求后保存現(xiàn)有數(shù)據(jù)信息，為后續(xù)零部件質(zhì)量檢測提供便利。從目前的使用情況來看，三坐標測量技術(shù)經(jīng)常應(yīng)用在機械生產(chǎn)加工、生產(chǎn)檢驗等環(huán)節(jié)，具備檢測準確性高、工作效率高等應(yīng)用優(yōu)勢。

1.3 機器視覺檢測技術(shù)

開展機械加工制造活動時，也會使用機器視覺檢測技術(shù)，此類檢測技術(shù)的工作原理在于，借助視覺攝像器對于機械加工制造過程中的圖像信息進行采集，隨后在計算機中對采集影像信息進行判斷。在此過程中，會將影像圖片的像素分布情況、像素亮度、像素色彩比例等內(nèi)容，與標準數(shù)據(jù)值進行比對，如果其參數(shù)均在允許誤差的范圍內(nèi)，那么該零件的生產(chǎn)質(zhì)量滿足既定要求，反之則屬于不合格品。此類技術(shù)在使用中，可以更加直觀地查看產(chǎn)品的各項參數(shù)，更高效地完成質(zhì)量評價，在機械加工生產(chǎn)環(huán)節(jié)、質(zhì)檢環(huán)節(jié)中都有著良好應(yīng)用。

1.4 激光檢測技術(shù)

除上述提到的幾類檢測技術(shù)外，進行機械加工制造時，激光檢測技術(shù)也有著非常良好的應(yīng)用。該檢測技術(shù)的應(yīng)用原理在于，借助激光散射、衍射、干涉等特性，對零件的完整性進行檢測，如果零件中存在裂縫、缺失等問題，那么，該部位反饋出的信息也會存在差異，利用計算機對于這些信息進行采集整理，以確定零件破損位置。相比其他檢測技術(shù)，激光檢測技術(shù)屬于無接觸型檢測技術(shù)，在確保檢測效率的同時，也可以確保待檢零件的完整性，屬于常用的無損檢測技術(shù)。需要注意的是，為了確保采集數(shù)據(jù)的完整性，在應(yīng)用前需要對零件尺寸參數(shù)進行整理，以此為基礎(chǔ)來擬定恰當(dāng)?shù)募す鈾z測方案，提高檢測結(jié)果的準確性。

2 精密檢測技術(shù)的應(yīng)用流程

2.1 數(shù)據(jù)信息測量

在精密檢測技術(shù)應(yīng)用過程中，首要任務(wù)便是進行數(shù)據(jù)信息采集，此過程的注意事項如下：（1）合理布設(shè)測量點，機械零件的復(fù)雜度較高，為確保采集數(shù)據(jù)的完整性，需要根據(jù)零件形狀控制測量點密度，如圓孔、彎折位置需適當(dāng)提高測量點密度，而且還需避開復(fù)雜部位投影平面區(qū)，確保采集數(shù)據(jù)的完整性。（2）利用傳感器技術(shù)采集測量點數(shù)據(jù)，測量點在檢測前會做好相應(yīng)的編號工作，傳感器會將數(shù)據(jù)與編號進行匹配，避免漏測問題。（3）所有采集的數(shù)據(jù)也會在處理前進行一次預(yù)處理，剔除重復(fù)、錯誤數(shù)據(jù)，及時補測漏檢位置，為后續(xù)數(shù)據(jù)整理活動的推進奠定基礎(chǔ)。

2.2 數(shù)據(jù)綜合處理

完成數(shù)據(jù)信息采集后，進入數(shù)據(jù)綜合處理環(huán)節(jié)，目前使用較多的方法為迭代法，其應(yīng)用流程如下：第一，確定迭代變量，該變量的作用是通過直接或間接的方式，將舊值遞推出新值，迭代變量的代表性將直接影響計算結(jié)果的精準度。第二，建立迭代關(guān)系式，該關(guān)系式是用于計算前一數(shù)值到下一數(shù)值過程的公式，這也是解決機械零件迭代關(guān)系的核心，常用的推導(dǎo)方式有順推和倒推兩種。第三，對于迭代過程進行控制，根據(jù)機械零件的復(fù)雜度，對于迭代次數(shù)進行確定，通常情況下迭代次數(shù)不低于20次，以提升檢測數(shù)據(jù)處理結(jié)果的精準度。第四，迭代后的處理結(jié)果，會利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)進行存儲，一般會以時間維度來進行數(shù)據(jù)分類，并標注相應(yīng)關(guān)鍵詞，以便后續(xù)數(shù)據(jù)查詢工作的順利進行。

2.3 繪制三維模型

完成上述所有工作后，進入繪制三維模型的環(huán)節(jié)，將得到的整理數(shù)據(jù)錄入計算機軟件中，根據(jù)得到的精準數(shù)據(jù)來繪制測點分布圖、投影平面圖、三維模型等，將其和標準模型間碰撞實驗，查看未吻合部位數(shù)量、偏差情況，為了提升實驗結(jié)果直觀性，會利用不同顏色來標記偏差位置和偏差情況，如果不在允許誤差范圍內(nèi)，則判斷該零件不滿足機械加工質(zhì)量要求，反之，則表示所生產(chǎn)零件滿足要求，可進行下一零件質(zhì)量檢測。

3 精密檢測技術(shù)在機械加工制造領(lǐng)域中的具體應(yīng)用

3.1 機械加工過程

在機械加工時所涉及的物理量（切削力、切削溫度、振動等）都會直接影響材料的切削性能，對其進行檢測有利于分析研究這些物理量變化帶來的影響。而利用石英晶體制成的傳感器，對這些需要接觸才可測量的物理量具有非常高的靈敏度。如壓電式三向車削測力儀、壓電式三向銑削測力儀、壓電式三向磨削測力儀、無定心鉆削測力儀等，被廣泛地應(yīng)用于測量切削過程中復(fù)雜的力學(xué)數(shù)據(jù)，以及更高精度的毫秒級瞬態(tài)切削力和瞬態(tài)切削溫度測控系統(tǒng)。這些基于石英傳感器設(shè)計出來的精密檢測儀器使用非常方便，受到國內(nèi)外大部分用戶的青睞。

3.2 零件幾何測量

從目前的使用情況來看，精密檢測技術(shù)在零件幾何測量中也有著良好應(yīng)用。在精密機械加工制造中，其加工精度可分為微米級、亞微米級、納米級等等級，為了校核尺寸完整度，需要匹配更加精準的檢測儀器，以提升識別結(jié)果的可靠性。目前使用較多的檢測儀器有電子掃描顯微鏡（檢測結(jié)果精準度為±1nm）、光柵線位移傳感器（檢測結(jié)果精準度為±1nm）、激光干涉儀（檢測結(jié)果精準度為±0.1nm），在實際應(yīng)用中可以根據(jù)精度要求來選擇恰當(dāng)?shù)臋z測儀器，以滿足相應(yīng)的檢測要求。例如，在航天零件生產(chǎn)中，其屬于超精密零件，此時，會利用“激光干涉儀+光柵線位移傳感器”組合的方式來監(jiān)督整個加工過程，從而將零件容錯率控制在合理范圍，避免誤差累積問題。

3.3 機械在線檢測

除上述提到的應(yīng)用情況外，精密檢測技術(shù)在機械在線檢測中也有著良好應(yīng)用。結(jié)合以往應(yīng)用經(jīng)驗，多使用機器視覺精密檢測儀器來輔助在線檢測活動的推進，利用高精度、高分辨率、高速的攝像器件，對機械零件在加工制造過程中的變換情況進行實時檢測。同時，儀器也會和自動化控制系統(tǒng)關(guān)聯(lián)在一起，根據(jù)反饋數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整機械零件加工參數(shù)，提升零件加工質(zhì)量。針對大批量生產(chǎn)的機械零件，在利用機器視覺精密檢測儀器對其進行檢測時，可以根據(jù)零件特征在恰當(dāng)位置放置儀器，起到低能高效完成零件檢測的作用。對于大尺寸零件，則會搭配傳感器檢測技術(shù)同步傳輸檢測數(shù)據(jù)，在確保零件檢測效率的同時，提高檢測結(jié)果的準確性。

4 結(jié)語

綜上所述，我國在精密檢測技術(shù)和精密檢測儀器的研究上取得了大量的成果，也進行了廣泛的應(yīng)用推廣。但精密檢測儀器高昂的價格，對大部分使用者來說都是比較沉重的負擔(dān)，在后續(xù)發(fā)展過程中，在提升精密檢測技術(shù)工作效率、精準度的同時，也需要降低技術(shù)開發(fā)成本，從而起到加快技術(shù)普及的作用，促進各行業(yè)經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展。