自动化制造系统加工过程中检测与监控系统

一、检测与监控原理

在自动化制造系统的加工过程中，为了保证加工质量和系统的正常运行，需要对系统运行状态和加工过程进行检测与监控（如图1所示）。

图1 检测与监控系统的组成

1. 运行状态检测与监控

在自动化制造系统中，需要检测与监控的运行状态通常包括：

（1）刀具信息。

（2）机床状态信息。

（3）系统运行状态信息。

（4）在线尺寸测量信息。

（5）系统安全情况信息。

（6）仿真信息。仿真信息包括以下内容：零件的数控程序是否准确；有无碰撞干涉情况；仿真综合结果情况等。

2.工件尺寸精度检测方法

（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。

3.刀具磨损和破损的检测方法

（1）刀具、工件尺寸及相对距离测定法；（2）放射线法；（3）电阻法；（4）光学图像法；（5）切削力法；（6）切削温度法；（7）切削功率法；（8）振动法；（9）噪声分析法；（10）加工表面粗糙度法。

二、检测与监控应用举例

例1 加工中心（MC）需检测的运行状态信息。

MC需检测的运行状态信息如下：

（1）环境参数及安全检测。（2）刀库状态检测。（3）机床负载检测。

（4）换刀机构检测。（5）交换工作台检测。（6）工作台振动检测。

（7）冷却与润滑系统检测。（8）CNC/PC系统检测。

图2所示为根据切削力的变化判别刀具磨损和破损的系统原理图。

图2 用切削力检测刀具状态原理图

三、检测设备

1.坐标测量机（CMM）

坐标测量机（CoordinateMeasuringMachine）又叫做三坐标测量机，是一种检测工件尺寸误差、形位误差以及复杂轮廓形状的自动化制造系统的基本测量设备。

图3声发射钻头破损检测装置系统图

（1）坐标测量机结构的特点。CMM和数控机床一样，其结构布局有立式和卧式两类，立式CMM有时是龙门式结构，卧式CMM有时是悬臂式结构。两种结构形式的CMM都有不同的尺寸规格，从小型台式到大型落地式。图5是一悬臂式CMM，由安放工件的工作台、立柱、三维测量头、位置伺服驱动系统、计算机控制装置等组成。

（2）坐标测量机的工作原理。

图4 悬臂式坐标测量机

2.利用数控机床进行测量

在数控机床上进行测量有如下特点：不需要昂贵的CMM，但会损失机床的切削加工时间；可以针对尺寸偏差自动进行机床及刀具补偿，加工精度高；不需要工件来回运输和等待。

3.测量机器人

随着工业机器人的发展，机器人在测量中的应用也越来越受到重视。机器人测量具有在线、灵活、高效等特点，可以实现对零件100％的测量,因此特别适合于自动化制造系统中的工序间测量和过程测量。同坐标测量机相比，机器人测量造价低，使用灵活。

4.专用的主动测量装置

在大规模生产条件下，常将专用的自动检测装置安装在机床上，不必停机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、刀具补偿、停止进给、退刀和停机等）。例如,图5所示为磨床上工件外径自动测量及反馈控制装置的原理图。

图5 磨床上工件外径自动测量原理