第5章檢測自動化2

2023/9/12武漢理工大學機電學院1/37一、概述二、傳感器三、加工過程中的自動檢測四、工件尺寸的自動補償五、自動測量機構第五章檢測自動化2023/9/12武漢理工大學機電學院2/37為何要實現(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參數(shù)及工藝過程不斷地進行在線檢測，及時地對制造過程中被加工工件質(zhì)量進行控制，確保制造系統(tǒng)的正常運行。實現(xiàn)檢測自動化的優(yōu)點：消除人為誤差，使檢測結果穩(wěn)定可靠；采用先進的在線檢測儀器，實現(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武漢理工大學機電學院3/37直接測量裝置

在加工過程中，工人不停機就可測量工件的尺寸，可以通過自動檢驗裝置在機床加工的同時，自動測量工件尺寸的變化，并根據(jù)測量結果發(fā)出相應的信號，控制機床的加工過程?？梢宰儞Q切削用量停止進給退刀、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)視和控制機床的工作。可檢驗外圓、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床的工作特點不同，有不同的結構形式。

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

工件1在機床4上進行加工的同時，自動測量頭2對其進行測量。將所測得的工件尺寸變化量經(jīng)過信號轉換放大器3轉換成相應的電壓信號，經(jīng)放大后送回機床的控制系統(tǒng)，通過執(zhí)行機構5控制加工過程。2023/9/12武漢理工大學機電學院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，測量觸點不宜布置在砂輪的對面，應布置在砂輪橫進給相垂直的方向——將觸點接觸在工件的上母線或下母線上。單觸點測點的布置2023/9/12武漢理工大學機電學院6/37

在磨床上精磨外圓時，要求磨床實現(xiàn)：

——大進給量（粗磨）

——小進給量（精磨）

——停車1、單觸點測量裝置

此裝置由測量頭3、QFP-2-1型浮標式氣動量儀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，故浮標逐漸下降。

當工件到達規(guī)定的尺寸時，浮標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武漢理工大學機電學院7/37測量頭的結構

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固定在機床的工作臺上，其底面結構根據(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武漢理工大學機電學院8/37

測量裝置底座10用螺釘緊固在機床工作臺上，測臂5和8通過油缸驅(qū)動進入或退出測位。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上下移動進行調(diào)整。2、液壓式雙觸點自動測量裝量

至于上下測臂相對于工件中心的位置，可松開螺釘16，轉動齒輪14，移動滑塊12來進行調(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行微調(diào)。

2023/9/12武漢理工大學機電學院9/37上下測臂的調(diào)整

上、下測臂的調(diào)整系用標準工件進行。首先使下測臂8與標準工件輕輕接觸，然后調(diào)整上測臂5使之與標準件接觸。當指針13落在中間刻線上時，表示上測臂5作用在標準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武漢理工大學機電學院10/37特點及應用

此測量裝置控制磨削過程最后發(fā)出三個控制信號：粗磨結束進入精磨，控制相應接觸器或電磁閥，減小砂輪進給量；精磨結束進入光磨，控制相應接觸器或電磁閥停止進給；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，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果。2023/9/12武漢理工大學機電學院11/37雙觸點氣動測量裝置

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。當工件的直徑在磨削中減小時，兩個測量卡爪相對運動的結果使間隙Z逐漸減小，從而通過氣動量儀發(fā)出相應的控制信號。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武漢理工大學機電學院12/37

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

結構簡單，厚度尺寸很小，適合磨削位于兩端面之間的短軸頸。雙觸點氣動測量裝置特點及應用2023/9/12武漢理工大學機電學院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)雙觸點測量裝置單觸點測量裝置

結構和電路簡單，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。電感應式、差動變壓器式、氣動式內(nèi)圓磨削雙觸點自動測量2023/9/12武漢理工大學機電學院14/37內(nèi)圓磨削雙觸點自動測量原理

量爪1，2進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動，下量爪反時針轉動，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，則兩量爪的轉向相同，傳感器不發(fā)出信號。2023/9/12武漢理工大學機電學院15/373、斷續(xù)表面自動測量裝置

裝有護帽2的測量噴嘴11安裝在支承塊10上，護帽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。這樣當鍵槽從量頭下通過時，由于護帽2的作用，其測量氣隙總等于0.1毫米，而當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武漢理工大學機電學院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，控制機床的執(zhí)行部件或刀具行程的終點位置來間接控制工件的尺寸。例如：行程擋鐵或行程開關在車床上用停車擋塊控制工件的軸向尺寸組合機床用擋鐵和行程開關控制加工循環(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武漢理工大學機電學院17/37

珩磨過程中對孔徑進行自動測量，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，與珩磨頭一起往復運動，在孔的全長上進行測量。量頭無磨損，測量精度高。磨粒和金屬細粒、冷卻液對噴嘴工作產(chǎn)生影響。珩磨自動測量2023/9/12武漢理工大學機電學院18/37珩磨過程自動測量裝置

在工件6上方的支架5中，裝有可轉動的標準環(huán)3，此標準環(huán)的孔徑與被加工孔在珩磨后的尺寸相應。在每一珩磨砂條4的末端，帶有塑料(或電木)塊2。每當珩磨頭1向上到最高位置時，塑料塊2進入標準環(huán)3的孔中，當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，等到工件孔徑達到要求的尺寸時，塑料塊2進入環(huán)3的孔中后，便以摩擦力帶動標準環(huán)3轉動。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的轉動角度。2023/9/12武漢理工大學機電學院19/37

對于一些用調(diào)整法進行加工的機床，工件的尺寸精度主要取決于機床精度和調(diào)整精度。當工件精度要求高，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。為了恢復機床的調(diào)整精度，就必須進行再調(diào)整——對生產(chǎn)率有很大影響，不能發(fā)揮自動化機床的生產(chǎn)效率。尺寸控制原則四、工件尺寸的自動補償

工件尺寸的自動補償一般采取尺寸控制原則。在工件完成加工后，自動測量其實際尺寸。當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，控制補償裝置，自動調(diào)整機床的執(zhí)行機構，或者對刀具進行調(diào)整以補償尺寸上的偏差。2023/9/12武漢理工大學機電學院20/37

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

自動補償系統(tǒng)的測量和補償過程滯后于加工過程。為了保證在對前一個工件進行測量和發(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——補償帶B。孔加工軸加工刀具磨損，工件尺寸不斷變大——補償帶B?？紤]其它因素的影響，有時在兩個方向上設置補償帶。補償帶2023/9/12武漢理工大學機電學院23/37雙端面磨床自動補償2023/9/12武漢理工大學機電學院24/37

機床有左右兩個磨頭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進行補償；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進行補償。雙端面磨床自動補償2023/9/12武漢理工大學機電學院25/37鏜削尺寸自動補償原理

測量頭2測量已加工完的工件1，測量結果與預定值(警告界限)進行比較并由控制裝置進行處理。當孔的尺寸達到控制尺寸下限時，向自動補償裝置4和5發(fā)出補償指令，使刀具3產(chǎn)生微米級的徑向微量位移，完成補償?shù)毒叱叽缒p的運動。2023/9/12武漢理工大學機電學院26/37精鏜自動補償技術

2023/9/12武漢理工大學機電學院27/37壓電晶體式補償?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)生一次微量進給。當加上反向電壓時，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作用，使刀尖向外伸出達到頂定補償量。這個裝置不能實現(xiàn)反向補償和自動復位。

2023/9/12武漢理工大學機電學院28/37五、自動測量機專用自動測量裝置通用自動測量裝置2023/9/12武漢理工大學機電學院29/37應用實例鋼球自動分類機活塞環(huán)厚度自動檢驗—分類機1、專用自動測量裝置2023/9/12武漢理工大學機電學院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。

結構簡單，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的分組格子中。鋼球自動分類機分組裝配法2023/9/12武漢理工大學機電學院31/372023/9/12武漢理工大學機電學院32/37

鋼球9從料斗1輸出后，沿輸料槽進入精密測量板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)運動，將鋼球依次放到量頭3下面進行測量。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的精度將鋼球進行分組。生產(chǎn)率：180-250個/分鐘

當鋼球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的分類箱中。精密鋼球自動分類機2023/9/12武漢理工大學機電學院33/37活塞環(huán)厚度自動檢驗—分類機2023/9/12武漢理工大學機電學院34/37

用電接觸式測量頭對活塞環(huán)整個圈周軸向厚度進行測量，并將測量結果分成合格品、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轉動，可以對活塞環(huán)2整個圓周進行厚度測量，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通過杠桿機構16、推桿11上端的圓盤將活塞環(huán)2頂入旋轉圓盤3的孔中。工作原理2023/9/12武漢理工大學機電學院35/37檢驗自動機的設計特點自動上料裝置運輸裝置測量裝置，包括測量傳感器執(zhí)行機構，包括信號的保存、打標記

執(zhí)行機構是一種分類裝置。例如：活門由于測量和分類動作不是同時進行，必須將測量結果保持下來。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)行機構仍應按測量