第5章檢測自動化2

2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院1/37一、概述二、傳感器三、加工過程中的自動檢測四、工件尺寸的自動補(bǔ)償五、自動測量機(jī)構(gòu)第五章檢測自動化2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院2/37為何要實(shí)現(xiàn)加工過程檢測自動化？目的：利用各種自動化的檢測裝置，自動地對加工對象的有關(guān)參數(shù)及工藝過程不斷地進(jìn)行在線檢測，及時地對制造過程中被加工工件質(zhì)量進(jìn)行控制，確保制造系統(tǒng)的正常運(yùn)行。實(shí)現(xiàn)檢測自動化的優(yōu)點(diǎn)：消除人為誤差，使檢測結(jié)果穩(wěn)定可靠；采用先進(jìn)的在線檢測儀器，實(shí)現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測，提高檢測精度；加工工藝過程與自動測量過程重合，大大地降低了輔助時間，提高了勞動生產(chǎn)率;節(jié)約了制造成本。2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院3/37直接測量裝置

在加工過程中，工人不停機(jī)就可測量工件的尺寸，可以通過自動檢驗(yàn)裝置在機(jī)床加工的同時，自動測量工件尺寸的變化，并根據(jù)測量結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的信號，控制機(jī)床的加工過程。可以變換切削用量停止進(jìn)給退刀、停車等能主動控制加工過程，防止產(chǎn)生廢品——主動檢驗(yàn)間接測量裝置

用量頭直接測量工件的尺寸變化，主動監(jiān)視和控制機(jī)床的工作?？蓹z驗(yàn)外圓、孔、平面、斷續(xù)表面等加工表面。根據(jù)被測表面的形狀特征不同和機(jī)床的工作特點(diǎn)不同，有不同的結(jié)構(gòu)形式。

依靠事先調(diào)整好的定程裝置，控制機(jī)床的執(zhí)行部件或刀具行程的終點(diǎn)位置來間接控制工件的尺寸。三、加工過程中的自動檢驗(yàn)2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院4/37加工過程自動測量的基本過程

工件1在機(jī)床4上進(jìn)行加工的同時，自動測量頭2對其進(jìn)行測量。將所測得的工件尺寸變化量經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換放大器3轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號，經(jīng)放大后送回機(jī)床的控制系統(tǒng)，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)5控制加工過程。2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院5/37自動測量裝置做保障

為了避免工藝系統(tǒng)的彈性變形影響測量精度，測量觸點(diǎn)不宜布置在砂輪的對面，應(yīng)布置在砂輪橫進(jìn)給相垂直的方向——將觸點(diǎn)接觸在工件的上母線或下母線上。單觸點(diǎn)測點(diǎn)的布置2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院6/37

在磨床上精磨外圓時，要求磨床實(shí)現(xiàn)：

——大進(jìn)給量（粗磨）

——小進(jìn)給量（精磨）

——停車1、單觸點(diǎn)測量裝置

此裝置由測量頭3、QFP-2-1型浮標(biāo)式氣動量儀6和GK-4型晶體管光電控制器7、9組成。量頭3裝在磨床工作臺上，測量杠桿2的硬質(zhì)合金端與工件1的下母線相接觸，另一端面B與氣動噴嘴4之間具有一定的間隙

Z。杠桿2的A

部削薄使其具有一定的彈性，以保持觸頭對工件的測量力。在加工過程中，工件直徑逐漸減小，間隙Z也隨著減小，故浮標(biāo)逐漸下降。

當(dāng)工件到達(dá)規(guī)定的尺寸時，浮標(biāo)正好切斷光源控制器7從燈泡8發(fā)出的光束，于是光電傳感器9輸出一個信號，控制砂輪5退出工件。2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院7/37測量頭的結(jié)構(gòu)

杠桿2具有一定的彈性，以保持觸頭對工件的測量力。量頭體3裝在底座7的垂直槽中，用螺釘5鎖緊。底座7固定在機(jī)床的工作臺上，其底面結(jié)構(gòu)根據(jù)工作臺面的型式確定。松開螺釘5，可以借助于螺母6調(diào)節(jié)量頭的高低位置。2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院8/37

測量裝置底座10用螺釘緊固在機(jī)床工作臺上，測臂5和8通過油缸驅(qū)動進(jìn)入或退出測位。由差動變壓器制成的傳感器18固定在測量架1上。下測臂8籍片彈簧7與測量架1相連，8的左端與傳感器18的測頭接觸。整個測量架1用兩個錐形支釘17支承并可繞支釘軸心擺動。彈性支釘20頂在滑塊12的平面上，以承受測量架1的重量。上下測臂5和8間的距離，可根據(jù)工件尺寸的大小，在旋松緊固螺釘4后，轉(zhuǎn)動帶齒輪的小軸3，使齒輪在固定齒條2上滾動，從而使上測臂5上下移動進(jìn)行調(diào)整。2、液壓式雙觸點(diǎn)自動測量裝量

至于上下測臂相對于工件中心的位置，可松開螺釘16，轉(zhuǎn)動齒輪14，移動滑塊12來進(jìn)行調(diào)整。滑塊12及其刻度板又用板彈簧與支座10相聯(lián)。通過微調(diào)螺釘15，可對上下測臂的中心高度進(jìn)行微調(diào)。

2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院9/37上下測臂的調(diào)整

上、下測臂的調(diào)整系用標(biāo)準(zhǔn)工件進(jìn)行。首先使下測臂8與標(biāo)準(zhǔn)工件輕輕接觸，然后調(diào)整上測臂5使之與標(biāo)準(zhǔn)件接觸。當(dāng)指針13落在中間刻線上時，表示上測臂5作用在標(biāo)準(zhǔn)工件上的接觸力正合適(約0.2～0.25公斤力)。下測臂的測量力，由傳感器中的彈簧決定，約為0.2～

0.25公斤力。2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院10/37特點(diǎn)及應(yīng)用

此測量裝置控制磨削過程最后發(fā)出三個控制信號：粗磨結(jié)束進(jìn)入精磨，控制相應(yīng)接觸器或電磁閥，減小砂輪進(jìn)給量；精磨結(jié)束進(jìn)入光磨，控制相應(yīng)接觸器或電磁閥停止進(jìn)給；工件磨到尺寸發(fā)出信號使砂輪架和測量裝置快速退回。

由于測架1是用支釘17支承在滑塊12上，從而可以上下擺動，工作時上測臂5以工件的上母線為基準(zhǔn)，用下測臂8測量下母線至上母線的距離，即工件的直徑，因而只有當(dāng)工件尺寸變化時才反映信號，而工件中心對量頭的相對偏移以及加工中的振動都不會影響測量結(jié)果。2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院11/37雙觸點(diǎn)氣動測量裝置

裝在上測量卡爪一端的擋銷11與裝在下卡爪上的噴嘴14之間形成測量間隙Z。當(dāng)工件的直徑在磨削中減小時，兩個測量卡爪相對運(yùn)動的結(jié)果使間隙Z逐漸減小，從而通過氣動量儀發(fā)出相應(yīng)的控制信號。由于上下測量卡爪可繞小軸3擺動，因而能消除工件回轉(zhuǎn)時振動的影響。

下測量卡爪13以滾動軸承安裝在座塊3上，可以繞小軸3擺動。座塊6與支承板5聯(lián)成一體，安裝在傳動滑板4上。上測量卡爪8用片彈簧10安裝在下卡爪13的上部，并在片彈簧7的作用下對工件產(chǎn)生測量力。彈簧銷2則使下卡爪貼緊工件的下母線。2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院12/37

雙觸點(diǎn)測量裝置能保證較高的測量穩(wěn)定性，同時便于自動引進(jìn)和退離工件，——在自動和半自動的磨床上、曲軸磨床上廣泛使用。

結(jié)構(gòu)簡單，厚度尺寸很小，適合磨削位于兩端面之間的短軸頸。雙觸點(diǎn)氣動測量裝置特點(diǎn)及應(yīng)用2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院13/37與外圓磨床相似，易受安裝誤差和振動影響。剛性塞規(guī)雙觸點(diǎn)測量裝置單觸點(diǎn)測量裝置

結(jié)構(gòu)和電路簡單，容易磨損，工作穩(wěn)定性差，測量精度不高，用于測量精度低于IT7以下的孔。

廣泛使用。電感應(yīng)式、差動變壓器式、氣動式內(nèi)圓磨削雙觸點(diǎn)自動測量2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院14/37內(nèi)圓磨削雙觸點(diǎn)自動測量原理

量爪1，2進(jìn)入工件孔中而處于測量狀態(tài)。量爪1和2都通過支承塊4、十字片彈簧3與測量裝置的基架16相連。在上支承塊4的右端裝有電感式傳感器6，在下支承塊的右端則裝有臂10，其中裝有可調(diào)節(jié)的量端11，與傳感器量端接觸。上、下量爪1、2各處在彈簧5的作用下而獲得一定的測量力。工件孔徑尺寸變大時，上量爪繞十字片彈簧順時針轉(zhuǎn)動，下量爪反時針轉(zhuǎn)動，從而使傳感器測量桿(鐵芯)相對于線圈移動，發(fā)出尺寸偏差信號。如果是由于工件振動而使量爪擺動，則兩量爪的轉(zhuǎn)向相同，傳感器不發(fā)出信號。2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院15/373、斷續(xù)表面自動測量裝置

裝有護(hù)帽2的測量噴嘴11安裝在支承塊10上，護(hù)帽2的上端面比噴嘴高出0.1毫米。在支承塊5上裝有可調(diào)螺釘，其端面與噴嘴形成測量氣隙。這樣當(dāng)鍵槽從量頭下通過時，由于護(hù)帽2的作用，其測量氣隙總等于0.1毫米，而當(dāng)花鍵外圓部分與測頭接觸時，測量氣隙的大小就決定于工件外徑尺寸。

上下測桿5和1的硬質(zhì)合金測頭與工件4的外圓表面接觸，另一端則分別固定在支承塊7和10上。支承塊7和10各用兩片平行的片彈簧8支承，彈簧6用以對工件產(chǎn)生測量力，擋塊9用以限制支承塊的行程。氣隙2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院16/37

刀具的磨損對工件尺寸有直接影響加工精度要求低，刀具耐用度高時，問題不突出。

依靠事先調(diào)整好的定程裝置，控制機(jī)床的執(zhí)行部件或刀具行程的終點(diǎn)位置來間接控制工件的尺寸。例如：行程擋鐵或行程開關(guān)在車床上用停車擋塊控制工件的軸向尺寸組合機(jī)床用擋鐵和行程開關(guān)控制加工循環(huán)自動和半自動磨床用定程法磨削工件間接測量裝置2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院17/37

珩磨過程中對孔徑進(jìn)行自動測量，要比內(nèi)圓磨削要困難一些——珩磨頭堵塞了孔的整個空間。主要問題——如何可靠地安置量頭。非接觸式測量將噴嘴安裝在珩磨頭體上，與珩磨頭一起往復(fù)運(yùn)動，在孔的全長上進(jìn)行測量。量頭無磨損，測量精度高。磨粒和金屬細(xì)粒、冷卻液對噴嘴工作產(chǎn)生影響。珩磨自動測量2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院18/37珩磨過程自動測量裝置

在工件6上方的支架5中，裝有可轉(zhuǎn)動的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)3，此標(biāo)準(zhǔn)環(huán)的孔徑與被加工孔在珩磨后的尺寸相應(yīng)。在每一珩磨砂條4的末端，帶有塑料(或電木)塊2。每當(dāng)珩磨頭1向上到最高位置時，塑料塊2進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)環(huán)3的孔中，當(dāng)工件的余量未被切除時，珩磨頭的外徑小于環(huán)3的孔徑。在珩磨過程中砂條逐漸向外脹開，亦即珩磨頭連同塑料塊2的外徑不斷增大，等到工件孔徑達(dá)到要求的尺寸時，塑料塊2進(jìn)入環(huán)3的孔中后，便以摩擦力帶動標(biāo)準(zhǔn)環(huán)3轉(zhuǎn)動。環(huán)3上的銷7壓在信號發(fā)送裝置8上，發(fā)出停車信號。擋銷9和10用以限制環(huán)3的轉(zhuǎn)動角度。2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院19/37

對于一些用調(diào)整法進(jìn)行加工的機(jī)床，工件的尺寸精度主要取決于機(jī)床精度和調(diào)整精度。當(dāng)工件精度要求高，而切削工具磨損較快——刀具的尺寸耐用度較低時，則機(jī)床的工作時間不長，工件的尺寸精度就會顯著降低。為了恢復(fù)機(jī)床的調(diào)整精度，就必須進(jìn)行再調(diào)整——對生產(chǎn)率有很大影響，不能發(fā)揮自動化機(jī)床的生產(chǎn)效率。尺寸控制原則四、工件尺寸的自動補(bǔ)償

工件尺寸的自動補(bǔ)償一般采取尺寸控制原則。在工件完成加工后，自動測量其實(shí)際尺寸。當(dāng)工件的尺寸超出某一規(guī)定的范圍時，測量裝置就發(fā)出信號，控制補(bǔ)償裝置，自動調(diào)整機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，或者對刀具進(jìn)行調(diào)整以補(bǔ)償尺寸上的偏差。2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院20/37

已加工好的工件5用量頭6進(jìn)行測量，其測量結(jié)果可在控制儀表7上顯示出來。當(dāng)由于鏜刀磨損使工件尺寸到達(dá)某一極限值時，控制裝置7即發(fā)出補(bǔ)償信號。補(bǔ)償機(jī)構(gòu)4通過鏜頭3對鏜刀2進(jìn)行調(diào)整以補(bǔ)償磨損，使其后加工的工件1的尺寸回到規(guī)定的尺寸范圍內(nèi)。自動補(bǔ)償裝置工作原理2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院21/37自動補(bǔ)償裝置的組成測量裝置信號轉(zhuǎn)換或控制裝置補(bǔ)償機(jī)構(gòu)2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院22/37

自動補(bǔ)償系統(tǒng)的測量和補(bǔ)償過程滯后于加工過程。為了保證在對前一個工件進(jìn)行測量和發(fā)出信號時，后一個工件不成為廢品，不能在工件已到達(dá)極限尺寸時才發(fā)出信號?！粲幸欢ǖ陌踩珟?。刀具磨損，工件尺寸不斷變小——補(bǔ)償帶B?？准庸ぽS加工刀具磨損，工件尺寸不斷變大——補(bǔ)償帶B?？紤]其它因素的影響，有時在兩個方向上設(shè)置補(bǔ)償帶。補(bǔ)償帶2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院23/37雙端面磨床自動補(bǔ)償2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院24/37

機(jī)床有左右兩個磨頭2和5，被磨削工件7從兩個砂輪中間通過，同時磨削兩個端面。氣動量儀的噴嘴1用來測量砂輪5相對于定位板6的位置，并保證定位板6比砂輪5的工作面低一個數(shù)值Δ，以保證工件順利地輸送出來。已加工工件7的厚度由擋板3、氣動噴嘴4進(jìn)行測量。如果砂輪5磨損了，則氣隙Z1變大，氣動量儀將發(fā)出信號使砂輪5進(jìn)行補(bǔ)償；如果工件尺寸過厚，則氣隙Z2將變小，氣動量儀將發(fā)出信號使砂輪2進(jìn)行補(bǔ)償。雙端面磨床自動補(bǔ)償2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院25/37鏜削尺寸自動補(bǔ)償原理

測量頭2測量已加工完的工件1，測量結(jié)果與預(yù)定值(警告界限)進(jìn)行比較并由控制裝置進(jìn)行處理。當(dāng)孔的尺寸達(dá)到控制尺寸下限時，向自動補(bǔ)償裝置4和5發(fā)出補(bǔ)償指令，使刀具3產(chǎn)生微米級的徑向微量位移，完成補(bǔ)償?shù)毒叱叽缒p的運(yùn)動。2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院26/37精鏜自動補(bǔ)償技術(shù)

2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院27/37壓電晶體式補(bǔ)償?shù)稐U

圖中1為壓電陶瓷管，加上正電壓時便向左伸長，推動滑柱2、方形截面的楔塊8和圓柱楔塊7，在克服板彈簧4的壓力后左移，通過圓柱楔塊的斜面將固定在滑套6中的鏜刀5頂出，產(chǎn)生一次微量進(jìn)給。當(dāng)加上反向電壓時，元件1收縮，圓柱楔塊7的斜面因小于自鎖角而不能后退。在彈簧3的作用下，方形楔塊8向下位移，以填補(bǔ)由于元件1收縮時所留出的間隙。經(jīng)若干次正反向電壓的反復(fù)作用，使刀尖向外伸出達(dá)到頂定補(bǔ)償量。這個裝置不能實(shí)現(xiàn)反向補(bǔ)償和自動復(fù)位。

2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院28/37五、自動測量機(jī)專用自動測量裝置通用自動測量裝置2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院29/37應(yīng)用實(shí)例鋼球自動分類機(jī)活塞環(huán)厚度自動檢驗(yàn)—分類機(jī)1、專用自動測量裝置2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院30/37

軸承廠大量的鋼球需要按一定尺寸分組——選擇法裝配軸承。

結(jié)構(gòu)簡單，有慣性，分類精度不高，>0.002mm。

料斗1中貯存有按產(chǎn)品公差制造的鋼球，通過轉(zhuǎn)動著的圓盤2將鋼球送入輸料槽3中，楔形量規(guī)4由兩塊傾斜布置的刃片組成，兩刃口組成一狹縫，按鋼球的尺寸公差調(diào)整，開始窄一些，逐漸變寬。鋼球沿刃口邊滾動時，尺寸由小到大依次落入相應(yīng)的分組格子中。鋼球自動分類機(jī)分組裝配法2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院31/372023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院32/37

鋼球9從料斗1輸出后，沿輸料槽進(jìn)入精密測量板4上，位于量板上方的梳形板2沿封閉的矩形曲線作循環(huán)運(yùn)動，將鋼球依次放到量頭3下面進(jìn)行測量。量頭3的數(shù)量取決于要求分組的數(shù)目，與量板4之間的距離用塊規(guī)事先調(diào)整好（沿鋼球傳送方向依次增大）。梳形板由凸輪和杠桿傳動?？砂?.002mm的精度將鋼球進(jìn)行分組。生產(chǎn)率：180-250個/分鐘

當(dāng)鋼球9被送到第1量頭下面時，如果直徑大于量頭3與量板4之間的距離，就會阻留在這個位置上，再由梳形板2移至下一個位置。如果此時鋼球直徑小于量頭與量板之間的距離，鋼球便在自重的作用下滾入相應(yīng)的分類箱中。精密鋼球自動分類機(jī)2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院33/37活塞環(huán)厚度自動檢驗(yàn)—分類機(jī)2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院34/37

用電接觸式測量頭對活塞環(huán)整個圈周軸向厚度進(jìn)行測量，并將測量結(jié)果分成合格品、過大（厚）和過薄三類。

活塞環(huán)在圓盤3中正確定位后，測量卡規(guī)7的觸頭（5、6）進(jìn)入被測量的活塞環(huán)中，厚度的尺寸信號由傳感器4發(fā)出。由于圓盤3轉(zhuǎn)動，可以對活塞環(huán)2整個圓周進(jìn)行厚度測量，如果厚度超出公差范圍，就向電磁鐵10發(fā)出信號，活門9打開，落入相應(yīng)的分類箱中。

活塞環(huán)2貯存在料倉中，上料推板1由凸輪驅(qū)動，將料倉最下面的一只活塞環(huán)2推送至半圓形固定板8上，上料推板1和固定板8的半圓拼成一個整圓，將活塞環(huán)夾住，凸輪14通過杠桿機(jī)構(gòu)16、推桿11上端的圓盤將活塞環(huán)2頂入旋轉(zhuǎn)圓盤3的孔中。工作原理2023/9/12武漢理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院35/37檢驗(yàn)自動機(jī)的設(shè)計特點(diǎn)自動上料裝置運(yùn)輸裝置測量裝置，包括測量傳感器執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括信號的保存、打標(biāo)記

執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一種分類裝置。例如：活門由于測量和分類動作不是同時進(jìn)行，必須將測量結(jié)果保持下來。對于活門，雖然工件離開測量位置時，測量信號已經(jīng)撤除了，但執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍應(yīng)按測量