先進(jìn)制造技術(shù) 課件 第五章 先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)

第五章先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)Advancedtesttechnology先進(jìn)制造技術(shù)Contents5.1先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)概述5.3制造現(xiàn)場(chǎng)在線檢測(cè)技術(shù)5.5本章小節(jié)5.2現(xiàn)代精密測(cè)量技術(shù)與裝備5.4納米級(jí)測(cè)量技術(shù)5.1先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)概述-3--4-5.1先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)概述先進(jìn)制造技術(shù)檢測(cè)技術(shù)是現(xiàn)代制造系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量保證體系的核心環(huán)節(jié)，不僅涉及數(shù)據(jù)信息的獲取、分析和評(píng)定，還包括實(shí)時(shí)監(jiān)控制造過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題。高精度的檢測(cè)設(shè)備和技術(shù)是現(xiàn)代加工技術(shù)與裝備的核心部分，成為提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。發(fā)展趨勢(shì)精密化極端化集成化智能化網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字化虛擬化三維數(shù)字化工廠-5-5.1先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)概述先進(jìn)制造技術(shù)先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)是一門(mén)集光學(xué)、電子、傳感器、圖像、制造及計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的綜合性交叉學(xué)科，它與精密加工技術(shù)相輔相成，要求測(cè)量誤差比加工誤差高一個(gè)數(shù)量級(jí)。先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)致力于在加工過(guò)程中及加工完成后對(duì)產(chǎn)品尺寸和性能的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和評(píng)估，與精密加工技術(shù)的發(fā)展的重要支撐?！案邫n數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”專(zhuān)項(xiàng)中國(guó)高檔數(shù)控機(jī)床企業(yè)-6-5.1先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)概述先進(jìn)制造技術(shù)雙頻激光干涉儀測(cè)量準(zhǔn)確度高，測(cè)量范圍大，常用于超精密機(jī)床作位置測(cè)量和位置控制測(cè)量反饋元件設(shè)備。研究方向：研制以激光干涉為基礎(chǔ)的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)測(cè)量?jī)x、以激光差動(dòng)干涉為原理的數(shù)控機(jī)床插補(bǔ)誤差測(cè)量?jī)x。裝置結(jié)構(gòu)測(cè)量原理掃描顯微測(cè)量方法主要用于測(cè)量表面的微觀形貌和尺寸，用極小的探針對(duì)被測(cè)表面進(jìn)行掃描測(cè)出表面的三維微觀立體形貌。X射線干涉顯微測(cè)量技術(shù)是近年來(lái)新發(fā)展的納米測(cè)量技術(shù)，是一種測(cè)量范圍大，較易實(shí)現(xiàn)的納米級(jí)測(cè)量方法。-7-掃描顯微測(cè)量技術(shù)5.1先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)概述先進(jìn)制造技術(shù)計(jì)算機(jī)全息術(shù)原理工作原理成像原理重要標(biāo)志：精密檢測(cè)儀器進(jìn)入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)已成為先進(jìn)制造系統(tǒng)。研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)問(wèn)題：精密與超精密檢測(cè)技術(shù)及誤差補(bǔ)償技術(shù)、加工檢測(cè)一體化。發(fā)展方向：高分辨力、高準(zhǔn)確度和高可靠性。-8-在線檢測(cè)技術(shù)5.1先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)概述先進(jìn)制造技術(shù)使用光纖探針的在線晶圓檢測(cè)設(shè)備全自動(dòng)晶圓探針臺(tái)-9-檢測(cè)計(jì)量技術(shù)5.1先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)概述先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展動(dòng)力：現(xiàn)代制造企業(yè)需要強(qiáng)化具有自主創(chuàng)新技術(shù)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力和制造能力。檢測(cè)費(fèi)用：在汽車(chē)制造行業(yè)，用于測(cè)試儀器及測(cè)試計(jì)量的費(fèi)用約占產(chǎn)品成本的10%，在微電子制造行業(yè)高達(dá)25%。CIMT高精度測(cè)量機(jī)展品國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃戰(zhàn)略研究交流會(huì)議現(xiàn)場(chǎng)我國(guó)提出科技重大專(zhuān)項(xiàng)“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”，目標(biāo)是圍繞航空航天、船舶、發(fā)電設(shè)備、汽車(chē)、電子及通信設(shè)備等制造業(yè)的迫切需要，提升裝備制造業(yè)的自主創(chuàng)新能力和核心競(jìng)爭(zhēng)力。-10-5.1先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)概述先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)精密檢測(cè)與極端檢測(cè)需求不斷增加檢測(cè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化與智能化檢測(cè)信息的集成與多信息融合加工精確度提高到0.001mm，幾何量測(cè)量精度提高到0.01-0001μm，尺寸測(cè)量范圍達(dá)到40個(gè)數(shù)量級(jí)，在線檢測(cè)與機(jī)電系統(tǒng)的集成化。性?xún)r(jià)比得到提高，儀器資源得到延伸。測(cè)量信息種類(lèi)多、信息量大信息可靠、快速傳輸和高效管理消除各種被測(cè)量之間的相互干擾-11-先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)類(lèi)型5.1先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)概述先進(jìn)制造技術(shù)高端測(cè)量?jī)x器一般依賴(lài)于某種先進(jìn)測(cè)量原理、工藝或算法等，以實(shí)現(xiàn)高精確度和準(zhǔn)確度、高穩(wěn)定性、高可靠性等目標(biāo)。按測(cè)量時(shí)被測(cè)表面與計(jì)量器具的測(cè)頭是否接觸可分為接觸式和非接觸式。光學(xué)測(cè)量可分為相干和非相干兩類(lèi)。由于光學(xué)測(cè)量以其非接觸、高效率、高準(zhǔn)確度、可溯源和易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的特點(diǎn)，長(zhǎng)期以來(lái)一直是測(cè)量技術(shù)研究的熱點(diǎn)。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)超聲波測(cè)厚儀光學(xué)影像測(cè)量?jī)x-12-掃描探針顯微技術(shù)5.1先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)概述先進(jìn)制造技術(shù)掃描探針顯微技術(shù)指利用探針與樣品間的不同作用原理探測(cè)物體表面相關(guān)性質(zhì)的方法。掃描隧道顯微鏡(Scanningtunnelmicroscope,STM)和原子力顯微鏡(Atomicforcemicro?scope,AFM)等，統(tǒng)稱(chēng)為掃描探針顯微鏡(Scanningprobemicroscope,SPM)。近年來(lái)，基于AFM的靜電力、摩擦力、磁力、剪切力等掃描力顯微術(shù)發(fā)展很快，可以分別應(yīng)用于非導(dǎo)體、磁性物質(zhì)甚至有機(jī)生物體等表面的納米級(jí)測(cè)量。AFM裝置設(shè)備AFM工作原理STM裝置設(shè)備-13-共焦顯微成像及測(cè)量技術(shù)5.1先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)概述先進(jìn)制造技術(shù)共焦顯微鏡(Confocalmicroscope)基本裝置于20世紀(jì)50年代中后期由美國(guó)哈佛大學(xué)M.Minsky研制，并于1957年申請(qǐng)了美國(guó)發(fā)明專(zhuān)利。共焦顯微鏡采用點(diǎn)照明、點(diǎn)掃描、點(diǎn)探測(cè)，實(shí)現(xiàn)三點(diǎn)共軛聚焦成像，具有高橫向分辨率和軸向光學(xué)層析能力，因而成為20世紀(jì)顯微光學(xué)領(lǐng)域所取得的最重大的發(fā)明之一。應(yīng)用領(lǐng)域：生物醫(yī)學(xué)、工業(yè)檢測(cè)、精密工程和材料科學(xué)。激光掃描熒光共焦顯微鏡裝置設(shè)備工作原理成像效果-14-三維形貌測(cè)試技術(shù)5.1先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)概述先進(jìn)制造技術(shù)幾何量測(cè)試技術(shù)方法，在模具、逆向工程、質(zhì)量控制等方面有著廣泛應(yīng)用。研究方向：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試（使用簡(jiǎn)便、精度高、速度快）；量程擴(kuò)大（向微納和超大尺寸兩端延伸）機(jī)器人測(cè)試技術(shù)機(jī)器人是一類(lèi)具備全部自由度、運(yùn)動(dòng)形式靈活、高度柔性的自動(dòng)化設(shè)備。目前，能夠?qū)崿F(xiàn)0.04mm的重復(fù)定位精度。光學(xué)3D表面輪廓儀測(cè)量機(jī)器人-15-計(jì)算機(jī)視覺(jué)測(cè)試技術(shù)5.1先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)概述先進(jìn)制造技術(shù)基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的測(cè)試技術(shù)是一種將計(jì)算機(jī)視覺(jué)、圖像處理和測(cè)試技術(shù)相結(jié)合的光學(xué)測(cè)試方法，具有非接觸、可實(shí)時(shí)在線、精度高、信息量豐富等優(yōu)點(diǎn)。目前被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)在線精密測(cè)試的一種最有效手段，重點(diǎn)研究物體的幾何尺寸及物體的位置測(cè)量，如轎車(chē)車(chē)身三維尺寸的測(cè)量、模具等三維面形的快速測(cè)量、大型工件同軸度測(cè)量、共面性測(cè)量等。在視覺(jué)測(cè)試系統(tǒng)中，圖像識(shí)別處理技術(shù)已經(jīng)成為測(cè)試技術(shù)中的重要課題之一。機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)缺陷識(shí)別處理-16-無(wú)損檢測(cè)技術(shù)5.1先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)概述先進(jìn)制造技術(shù)材料的某些物理量由于有缺陷會(huì)發(fā)生變化,通過(guò)無(wú)損檢測(cè)測(cè)量這些變化量，從而判斷材料內(nèi)部是否存在缺陷。常用的無(wú)損檢測(cè)方法主要包括磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)、渦流檢測(cè)、超聲檢測(cè)、X射線檢測(cè)等方法。無(wú)損檢測(cè)是工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制、節(jié)約材料、改進(jìn)工藝和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要手段，也是設(shè)備安全運(yùn)行的重要檢測(cè)手段。超聲波檢測(cè)技術(shù)超聲波檢測(cè)原理-17-5.1先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)概述先進(jìn)制造技術(shù)先進(jìn)測(cè)量?jī)x器的現(xiàn)狀和制約我國(guó)機(jī)械制造中測(cè)量領(lǐng)域存在的問(wèn)題自主創(chuàng)新能力差，原創(chuàng)技術(shù)少。在己有主流的各類(lèi)測(cè)量技術(shù)及儀器設(shè)備中，很少有我們自己的原創(chuàng)技術(shù)。高端、高附加值測(cè)量?jī)x器設(shè)備幾乎空白。當(dāng)前主流行業(yè)應(yīng)用中的高增儀器設(shè)備，國(guó)內(nèi)品牌被排斥在外。測(cè)量?jī)x器(裝置)本身的可靠性差?，F(xiàn)有國(guó)內(nèi)高檔產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)(平均無(wú)故障時(shí)間)與國(guó)外產(chǎn)品相比，大致要差1~2個(gè)數(shù)量級(jí)。測(cè)量設(shè)備的性能、功能落后。目前國(guó)外智能化測(cè)量程度相當(dāng)高，網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)用階段，而我國(guó)基本上處于起步階段。缺乏針對(duì)使用對(duì)象開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用解決方案。國(guó)外的發(fā)展趨勢(shì)是開(kāi)發(fā)與應(yīng)用對(duì)象緊密結(jié)合的個(gè)性化解決方案，而我國(guó)目前的研發(fā)力量主要集中在高校和科研院所。-18-5.1先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)概述先進(jìn)制造技術(shù)先進(jìn)光學(xué)元件檢測(cè)的要求和難點(diǎn)光學(xué)檢測(cè)作為光學(xué)科學(xué)與工程的重要組成部分，難題在于大中型光學(xué)元件。大中型光學(xué)鏡面的加工一般經(jīng)歷銑磨、研磨、拋光等階段。銑磨階段以坐標(biāo)測(cè)量機(jī)為主；研磨階段采用激光位移傳感器，或開(kāi)發(fā)大范圍、高精度的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)；拋光階段表面粗糙度采用波面干涉儀測(cè)量。能否銜接銑磨、研磨和拋光三個(gè)階段之間的檢測(cè)和加工，是制約大中型光學(xué)鏡面推廣應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。光學(xué)檢測(cè)技術(shù)要求光學(xué)材料種類(lèi)越來(lái)越多，光學(xué)元件的面形越來(lái)越復(fù)雜光學(xué)元件的口徑跨度大，且口徑逐漸大型化對(duì)光學(xué)元件的高中低頻面形誤差要求更嚴(yán)格，接近甚至達(dá)到納米級(jí)水平-19-5.1先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)概述先進(jìn)制造技術(shù)由于光學(xué)元件的口徑、面形和材料不同，在不同的制造階段，甚至在同一個(gè)制造階段，為實(shí)現(xiàn)其面形誤差以及亞表面質(zhì)量的檢測(cè)，均可能采用不同的測(cè)量技術(shù)和設(shè)備?；谧鴺?biāo)的測(cè)量方法使用范圍：研磨和粗拋光階段面。典型應(yīng)用：美國(guó)亞利桑那大學(xué)開(kāi)發(fā)的大型非球面鏡的擺臂式輪廓測(cè)量方法（極坐標(biāo)測(cè)量法或傾斜輪廓儀測(cè)量法）、直角坐標(biāo)測(cè)量方法（線性輪廓儀、最經(jīng)典）?；诟缮娴臏y(cè)量方法使用范圍：光學(xué)元件最終拋光階段面形檢測(cè)。典型應(yīng)用：波前均方根值（RMS=E）、能量譜密度（PSD）特征曲線。線激光輪廓儀擺臂式輪廓儀波前均方根值能量譜密度特征曲線5.2現(xiàn)代精密測(cè)量技術(shù)與裝備-20--21-光學(xué)輪廓儀激光輪廓儀白光干涉式輪廓儀掃描電子顯微鏡觸針式表面輪廓儀先進(jìn)制造技術(shù)5.2現(xiàn)代精密測(cè)量技術(shù)與裝備輪廓儀輪廓儀是一種能夠測(cè)量物體輪廓的測(cè)量?jī)x器，可以測(cè)量物體的形狀和尺寸，還可以幫助檢測(cè)物體表面的形位特征。在測(cè)量形狀和尺寸方面，輪廓儀的分辨率可以達(dá)到亞微米級(jí)別，這使得它成為了許多工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行質(zhì)量控制和產(chǎn)品檢驗(yàn)的重要工具之一。光學(xué)表面輪廓儀采用激光光源和光學(xué)成像系統(tǒng)，可以對(duì)物體進(jìn)行非接觸式、高精度的三維測(cè)量，適用于復(fù)雜形狀的物體。激光輪廓儀則使用激光束作為測(cè)量光源，可以對(duì)被測(cè)物體表面進(jìn)行快速、高精度的測(cè)量，適用于大批量生產(chǎn)中的檢測(cè)。-22-測(cè)量原理分光鏡被測(cè)樣品光學(xué)表面輪廓儀裝置結(jié)構(gòu)鹵鎢燈聚光燈組孔徑光闌準(zhǔn)直物鏡干涉物鏡參考板分光板俯仰調(diào)整臺(tái)視場(chǎng)光闌輔助透鏡CCD圖像采集卡計(jì)算機(jī)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)電源壓電陶瓷先進(jìn)制造技術(shù)5.2現(xiàn)代精密測(cè)量技術(shù)與裝備-23-裝置結(jié)構(gòu)測(cè)量原理先進(jìn)制造技術(shù)5.2現(xiàn)代精密測(cè)量技術(shù)與裝備觸針式表面輪廓儀觸針式表面粗糙度測(cè)量?jī)x的優(yōu)點(diǎn)在于，它可以測(cè)量工件表面的粗糙度、平直度、平行度、垂直度、角度和輪廓等多種特征，能夠準(zhǔn)確地表征被測(cè)工件的表面質(zhì)量和形狀。觸針式表面粗糙度測(cè)量?jī)x是目前最常用、最可靠的表面粗糙度測(cè)量方法之一?，F(xiàn)代的觸針式表面粗糙度測(cè)量?jī)x通常配備了先進(jìn)的數(shù)字化處理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量和數(shù)據(jù)分析。-24-裝置結(jié)構(gòu)測(cè)量原理先進(jìn)制造技術(shù)5.2現(xiàn)代精密測(cè)量技術(shù)與裝備激光干涉儀激光干涉儀使用邁克爾森干涉系統(tǒng)的一般長(zhǎng)度來(lái)測(cè)量已知長(zhǎng)度的激光波長(zhǎng)，除測(cè)量長(zhǎng)度外，激光干涉儀還可用于測(cè)量線性位置、速度、角度、平行度和垂直度，可用于精密工具機(jī)或測(cè)量?jī)x器的校正。應(yīng)用領(lǐng)域：汽車(chē)制造、航空航天、電子制造和醫(yī)療設(shè)備制造等。-25-脈沖式掃描儀相位式掃描儀先進(jìn)制造技術(shù)5.2現(xiàn)代精密測(cè)量技術(shù)與裝備三維激光掃描儀三維激光掃描儀是三維激光掃描系統(tǒng)中的主要組成部分，主要由掃描平臺(tái)、時(shí)間計(jì)數(shù)器、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、控制箱、CCD相機(jī)、計(jì)算機(jī)等組成。三維激光掃描儀根據(jù)其工作原理主要分為脈沖式掃描儀和相位式掃描儀。-26-裝置結(jié)構(gòu)激光器發(fā)射脈沖信號(hào)到達(dá)物體表面反射回掃描儀接收信號(hào)，直接測(cè)量飛行時(shí)間，在根據(jù)激光傳播速度，計(jì)算出待測(cè)距離。測(cè)量原理脈沖式三維激光掃描儀作為高精度三維測(cè)量?jī)x器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)物體的精確測(cè)量和數(shù)字化建模，具有高精度、高效率、全方位測(cè)量的特點(diǎn)。三維激光掃描儀可以在水平面上進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)掃描，豎直方向進(jìn)行270°以上的旋轉(zhuǎn)掃描，可實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)物體的全方位測(cè)量和數(shù)字化建模，適用于需要高精度和全面測(cè)量的領(lǐng)域，如建筑測(cè)量、文物保護(hù)、工業(yè)生產(chǎn)檢測(cè)等。脈沖式掃描儀裝置和原理先進(jìn)制造技術(shù)5.2現(xiàn)代精密測(cè)量技術(shù)與裝備-27-裝置結(jié)構(gòu)測(cè)量原理相位式三維激光掃描儀在測(cè)量精度方面優(yōu)于脈沖式三維激光掃描儀，但受到環(huán)境因素、物體材質(zhì)和表面顏色等方面影響較大，因此在使用時(shí)需要對(duì)環(huán)境因素進(jìn)行校準(zhǔn)和控制。應(yīng)用領(lǐng)域工業(yè)制造人體醫(yī)學(xué)建筑工程文物保護(hù)相位式掃描儀裝置和原理先進(jìn)制造技術(shù)5.2現(xiàn)代精密測(cè)量技術(shù)與裝備-28-工業(yè)制造領(lǐng)域建筑工程領(lǐng)域航空航天領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域船舶、汽車(chē)、飛機(jī)等大型機(jī)械設(shè)備的裝配、精度校準(zhǔn)等工作地基沉降監(jiān)測(cè)、高層建筑垂直度測(cè)量等工作飛行器的姿態(tài)控制、導(dǎo)航定位等方面，飛機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配和調(diào)試先進(jìn)制造技術(shù)5.2現(xiàn)代精密測(cè)量技術(shù)與裝備激光跟蹤儀激光跟蹤儀主要利用激光束對(duì)目標(biāo)點(diǎn)位進(jìn)行測(cè)量，其測(cè)量精度通?？梢赃_(dá)到亞毫米級(jí)別。激光跟蹤儀采用四象限光電位置感應(yīng)器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)點(diǎn)位的實(shí)時(shí)追蹤和測(cè)量，并通過(guò)內(nèi)置的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋給用戶(hù)。-29-LeicaAT901APIRadianFAROIONEtalonNG主流激光跟蹤儀先進(jìn)制造技術(shù)5.2現(xiàn)代精密測(cè)量技術(shù)與裝備儀器型號(hào)LeicaAT901APIRadianFAROIONEtalonNG測(cè)量范圍/m8080550.2~20水平范圍/(O)±360±320±270±225垂直范圍/(O)±45-59~+79-50~+75-35~+85跟蹤速度/(M/s)6640.6測(cè)角分辨力0.14’’0.018’’--ADM精度10um10um8um+0.4um/m-IFM精度±0.5e10-6±0.5e10-6±(2um+0.4um/m)±0.2um+0.3um/m-30-LeicaTCRA測(cè)量機(jī)器人拓普康GT1001/1002超聲波測(cè)量機(jī)器人Trimble天寶S5測(cè)量機(jī)器人索佳iX1001超聲波馬達(dá)測(cè)量機(jī)器人先進(jìn)制造技術(shù)5.2現(xiàn)代精密測(cè)量技術(shù)與裝備測(cè)量機(jī)器人測(cè)量機(jī)器人是一種集成先進(jìn)技術(shù)的自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備，其核心技術(shù)是全站儀技術(shù)和智能化控制技術(shù)。1983年，HKahmen課題組成功研制了一種由視覺(jué)經(jīng)緯儀改制而成的組合式的測(cè)量機(jī)器人，并成功應(yīng)用于煤礦的邊坡監(jiān)測(cè)，可自動(dòng)監(jiān)測(cè)幾百個(gè)變形目標(biāo)點(diǎn)。Leica公司在推出TPS1000系列測(cè)量機(jī)器人后，迅速推出了其配套自動(dòng)化極坐標(biāo)測(cè)量軟件系統(tǒng)(APSWin)，并提供全面的二次開(kāi)發(fā)工具和方法。5.3制造現(xiàn)場(chǎng)在線檢測(cè)技術(shù)-31--32-先進(jìn)制造技術(shù)5.3制造現(xiàn)場(chǎng)在線檢測(cè)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：自動(dòng)在線檢測(cè)技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，快速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，避免問(wèn)題擴(kuò)大化提高效率：自動(dòng)在線檢測(cè)技術(shù)可以自動(dòng)完成大量的檢測(cè)任務(wù)，減少人工檢測(cè)的時(shí)間和成本，提高工作效率減少人為誤差：自動(dòng)在線檢測(cè)技術(shù)采用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行檢測(cè)，能夠減少人為誤差的發(fā)生數(shù)據(jù)精度高：自動(dòng)在線檢測(cè)技術(shù)采用高精度的傳感器和儀器，能夠獲得更加準(zhǔn)確和可靠的數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)精度在線檢測(cè)定義：檢測(cè)器具、裝置、系統(tǒng)或檢測(cè)工作站在空間上被集成在制造系統(tǒng)中，制造過(guò)程與檢測(cè)過(guò)程沒(méi)有時(shí)間上的滯后或只有很短的時(shí)間滯后的技術(shù)。實(shí)現(xiàn)途徑：在設(shè)備上安裝自動(dòng)檢測(cè)裝置；在自動(dòng)生產(chǎn)線上設(shè)置自動(dòng)檢測(cè)工位。-33-先進(jìn)制造技術(shù)5.3制造現(xiàn)場(chǎng)在線檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)合質(zhì)量參數(shù)測(cè)量方法及傳感器表面形貌檢測(cè)及監(jiān)控表面形貌包括表面粗糙度、表面波紋度等觸針式輪廓儀、光切法、光學(xué)探針?lè)?、全積分散射法、離焦誤差檢測(cè)法、共焦掃描法、外差千涉法、干涉顯微鏡、力顯微鏡、掃描隧道顯微鏡、掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡等自由曲面測(cè)量曲面的幾何形狀精度、曲面平滑度、尺寸公差等坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和三維掃描測(cè)頭、光電CCD掃描，如：?jiǎn)喂恻c(diǎn)三角法、光切法，雷達(dá)測(cè)距法、結(jié)構(gòu)光傳感器、線性位移激光探頭等圓柱形零件在線檢測(cè)圓柱形孔直徑、圓度、圓柱度、同軸度等衍射測(cè)量法、激光掃描法、氣電測(cè)量傳感器振動(dòng)監(jiān)測(cè)振動(dòng)幅度、頻率分布、振動(dòng)模式等電渦流式、電容式、電動(dòng)式、壓電式、壓阻式、光纖測(cè)振等無(wú)損檢測(cè)、無(wú)損探傷內(nèi)部缺陷（如裂紋、空洞）、材料密度不均、組織不均勻性等超聲波檢測(cè)、X射線檢測(cè)、核輻射檢測(cè)等機(jī)械制造過(guò)程在線檢測(cè)中的質(zhì)量參數(shù)、測(cè)量方法及傳感器-34-先進(jìn)制造技術(shù)5.3制造現(xiàn)場(chǎng)在線檢測(cè)技術(shù)數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)系統(tǒng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)檢測(cè)機(jī)床溫度檢測(cè)機(jī)床液壓系統(tǒng)檢測(cè)機(jī)床振動(dòng)檢測(cè)機(jī)床狀態(tài)診斷數(shù)控機(jī)床是一種高精度、高效率的自動(dòng)化設(shè)備，是制造業(yè)的加工母機(jī)。數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)系統(tǒng)分為兩種，一種為直接調(diào)用基本宏程序，不需要計(jì)算機(jī)輔助；另一種則要用戶(hù)自己開(kāi)發(fā)宏程序庫(kù)，借助計(jì)算機(jī)輔助編程系統(tǒng)，隨時(shí)生成檢測(cè)程序，然后傳輸?shù)綌?shù)控系統(tǒng)中。機(jī)床系統(tǒng)軟件系統(tǒng)數(shù)控裝置：數(shù)控機(jī)床的核心測(cè)量系統(tǒng)：在線檢測(cè)的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)檢測(cè)振動(dòng)檢測(cè)-35-先進(jìn)制造技術(shù)5.3制造現(xiàn)場(chǎng)在線檢測(cè)技術(shù)未來(lái)，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)技術(shù)將迎來(lái)更加廣闊的發(fā)展前景。設(shè)備操作更加人性化、智能化信息化水平、開(kāi)放程度更高模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展發(fā)展趨勢(shì)人工智能大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)-36-先進(jìn)制造技術(shù)5.3制造現(xiàn)場(chǎng)在線檢測(cè)技術(shù)在集成設(shè)計(jì)技術(shù)中，首先需要選擇適合的測(cè)量?jī)x器和制造系統(tǒng)，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信、協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理等技術(shù)手段，將測(cè)量?jī)x器和制造系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫集成。測(cè)量?jī)x器制造系統(tǒng)無(wú)縫集成測(cè)量?jī)x器與制造系統(tǒng)的集成設(shè)計(jì)測(cè)量?jī)x器與制造系統(tǒng)的集成技術(shù)是一種將測(cè)量?jī)x器與制造系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫集成的技術(shù)，通過(guò)將測(cè)量?jī)x器與制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸、信息共享、任務(wù)協(xié)調(diào)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行集成，可實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制和優(yōu)化。-37-先進(jìn)制造技術(shù)5.3制造現(xiàn)場(chǎng)在線檢測(cè)技術(shù)通過(guò)開(kāi)發(fā)任務(wù)協(xié)調(diào)和管理軟件，實(shí)現(xiàn)測(cè)量?jī)x器與制造系統(tǒng)之間的任務(wù)協(xié)調(diào)和優(yōu)化，提高制造系統(tǒng)的效率和質(zhì)量。該技術(shù)在工業(yè)制造領(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用，可以用于實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程中的實(shí)時(shí)質(zhì)量控制、工藝優(yōu)化和智能化制造等目標(biāo)。集成設(shè)計(jì)智能化制造系統(tǒng)-38-先進(jìn)制造技術(shù)5.3制造現(xiàn)場(chǎng)在線檢測(cè)技術(shù)柔性制造系統(tǒng)（FMS）的監(jiān)控與診斷系統(tǒng)檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)加工設(shè)備監(jiān)控工件監(jiān)控?cái)?shù)控機(jī)床加工中心機(jī)器人自動(dòng)導(dǎo)引小車(chē)工序間監(jiān)控最終工序監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)子系統(tǒng)機(jī)床工作狀態(tài)子系統(tǒng)刀具狀態(tài)子系統(tǒng)工件狀態(tài)子系統(tǒng)系統(tǒng)安全子系統(tǒng)測(cè)量系統(tǒng)名稱(chēng)測(cè)量范圍分辨率精確度感應(yīng)同步器直線式10-3~104mm1~5mm±1~2.5mm/250mm旋轉(zhuǎn)式0°~360°—±0.5”~±1”光柵長(zhǎng)光柵10-3~104mm0.1~1mm±1.5~±10mm/1m圓光柵0°~360°—±0.5”~±1”磁柵長(zhǎng)磁柵10-3~104mm—±1.5~±10mm/1m圓磁柵0°~360°—±1”容柵—5mm±30mm球柵—10mm±10mmHe-Ne激光測(cè)長(zhǎng)—λ=0.6328mmλ/16—數(shù)控機(jī)床常用檢測(cè)系統(tǒng)及其主要性能-39-先進(jìn)制造技術(shù)5.3制造現(xiàn)場(chǎng)在線檢測(cè)技術(shù)刀具/砂輪過(guò)程檢測(cè)和監(jiān)控系統(tǒng)刀具與砂輪過(guò)程檢測(cè)和監(jiān)控系統(tǒng)是一種用于監(jiān)測(cè)刀具或砂輪加工過(guò)程中磨損情況的系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、信號(hào)處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成?？梢詫?shí)現(xiàn)以下幾個(gè)方面的優(yōu)化：①提高加工質(zhì)量；②提高生產(chǎn)效率；③降低成本。基于多源信息融合的刀具磨損預(yù)測(cè)模型-40-先進(jìn)制造技術(shù)5.3制造現(xiàn)場(chǎng)在線檢測(cè)技術(shù)視覺(jué)測(cè)量?jī)x器與制造系統(tǒng)的集成系統(tǒng)視覺(jué)測(cè)量?jī)x器可以通過(guò)高分辨率的攝像頭和精密的圖像處理算法，對(duì)零件進(jìn)行二維或三維測(cè)量，可用于檢測(cè)零件的尺寸、形狀和位置等。主要由高分辨率的攝像頭、光源、圖像處理算法和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成。具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①非接觸式測(cè)量；②測(cè)量范圍廣；③測(cè)量精度高；④測(cè)量速度快。視覺(jué)檢測(cè)儀器圖像處理結(jié)果-41-先進(jìn)制造技術(shù)5.3制造現(xiàn)場(chǎng)在線檢測(cè)技術(shù)機(jī)器人檢測(cè)技術(shù)在工業(yè)制造領(lǐng)域中，機(jī)器人檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用范圍非常廣泛，可以涵蓋從制造到裝配的整個(gè)過(guò)程。常見(jiàn)的：姿態(tài)和位置檢測(cè)、環(huán)境感知、動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。環(huán)境感知?jiǎng)討B(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析姿態(tài)和位置檢測(cè)-42-先進(jìn)制造技術(shù)5.3制造現(xiàn)場(chǎng)在線檢測(cè)技術(shù)我國(guó)的民營(yíng)檢測(cè)機(jī)構(gòu)已經(jīng)陸續(xù)開(kāi)發(fā)了基于機(jī)器人的智能化檢測(cè)系統(tǒng)。利用機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)，可達(dá)到極高的效率、精度和一致性，同時(shí)有效降低人工操作及人為錯(cuò)誤對(duì)檢測(cè)質(zhì)量和效率的影響。勞動(dòng)力成本無(wú)人車(chē)間機(jī)器換人發(fā)展趨勢(shì)多傳感器融合智能算法應(yīng)用智能維護(hù)、預(yù)測(cè)發(fā)展趨勢(shì)融合多傳感器-43-先進(jìn)制造技術(shù)5.3制造現(xiàn)場(chǎng)在線檢測(cè)技術(shù)計(jì)算機(jī)視覺(jué)測(cè)試技術(shù)計(jì)算機(jī)視覺(jué)測(cè)試技術(shù)在工業(yè)制造領(lǐng)域中的應(yīng)用非常廣泛，例如在電子產(chǎn)品制造中，可以利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行電路板檢測(cè)和元器件識(shí)別；在汽車(chē)制造中，可以利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行車(chē)身和零部件的檢測(cè)；工件視覺(jué)檢測(cè)圖像采集圖像預(yù)處理特征提取模式匹配輸出結(jié)果工件檢測(cè)流程-44-先進(jìn)制造技術(shù)5.3制造現(xiàn)場(chǎng)在線檢測(cè)技術(shù)計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)工作流程分為三個(gè)部分，分別是圖像信息獲取、圖像信息處理以及機(jī)電系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)視覺(jué)不同于一般的圖像處理，除了圖像到圖像的轉(zhuǎn)換外，它還包括對(duì)外部環(huán)境的識(shí)別、研究和操縱。5.4納米級(jí)測(cè)量技術(shù)-45--46-先進(jìn)制造技術(shù)5.4納米級(jí)測(cè)量技術(shù)科學(xué)技術(shù)向微小領(lǐng)域發(fā)展，由毫米級(jí)、微米級(jí)，已至納米級(jí)，即微納技術(shù)。加工精度由本世紀(jì)初的最高精度微米級(jí)發(fā)展到現(xiàn)有的納米數(shù)量級(jí)。金剛石車(chē)床加工的超精密衍射光柵精度已達(dá)1nm，使用該機(jī)床已經(jīng)可以加工10nm以下的線、柱、槽等結(jié)構(gòu)。納米級(jí)測(cè)量技術(shù)主要有光干涉測(cè)量技術(shù)及掃描顯微測(cè)量技術(shù)兩個(gè)發(fā)展方向。激光微納制造單點(diǎn)金剛石車(chē)床-47-先進(jìn)制造技術(shù)5.4納米級(jí)測(cè)量技術(shù)激光干涉儀ZYGO高精度白光干涉儀HASO4FIRST波前傳感器激光干涉測(cè)量技術(shù)：利用激光光源產(chǎn)生單色光束，通過(guò)分光器將光束分為兩路，經(jīng)過(guò)反射鏡反射后在被測(cè)物體表面交匯，形成干涉條紋，通過(guò)分析干涉條紋的變化來(lái)推導(dǎo)出被測(cè)物體的表面形貌信息。白光干涉測(cè)量技術(shù)：采用白光