機(jī)械加工檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀及智能化發(fā)展

機(jī)械加工檢測(cè)技術(shù)在控制加工精度、降低生產(chǎn)成本及提升生產(chǎn)效率發(fā)揮了重要的作用。隨著人工智能、深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)和傳感器技術(shù)的發(fā)展與突破，機(jī)械加工檢測(cè)技術(shù)也發(fā)生了深刻的變革。本文總結(jié)了機(jī)械加工檢測(cè)工藝的現(xiàn)狀，分析了機(jī)械加工檢測(cè)智能化的概念和主要特征，闡述了機(jī)械加工檢測(cè)智能化的發(fā)展的重要意義和發(fā)展的方向。1、引言機(jī)械加工檢測(cè)工藝對(duì)保證加工零件的精度，控制加工成本和加工效率起著決定性的作用，隨著科技的迅速發(fā)展，機(jī)械加工檢測(cè)技術(shù)也在不斷地進(jìn)步和完善。隨著制造業(yè)對(duì)精度、效率和一致性需求的增加，由于傳統(tǒng)的機(jī)械加工檢測(cè)方法通常依賴于人工檢測(cè)，在精度上存在局限性，難以保證測(cè)量的一致性和高效率，無法滿足當(dāng)前快速發(fā)展的生產(chǎn)需求。在這種背景下，智能化的機(jī)械加工檢測(cè)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。智能檢測(cè)技術(shù)具有檢測(cè)精度高、工作效率高及不受人為因素干擾等優(yōu)勢(shì)，在滿足大批量檢測(cè)連續(xù)性、一致性和可靠性要求的同時(shí)，能將人從惡劣檢測(cè)環(huán)境、高機(jī)械性重復(fù)性的勞動(dòng)中解放出來，并且可以很好地適應(yīng)各種工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，極大地提高工業(yè)產(chǎn)品檢測(cè)過程的柔性化和智能化水平。智能化技術(shù)的引入，不僅可以提高檢測(cè)精度，還可以提升生產(chǎn)效率，同時(shí)還能減少人工測(cè)量帶來的誤差。智能化的機(jī)械加工檢測(cè)技術(shù)，通過將先進(jìn)的傳感器、機(jī)器視覺及人工智能等技術(shù)進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)加工件的高精度、高效率的智能檢測(cè)。并通過深度學(xué)習(xí)和圖像識(shí)別技術(shù)，自動(dòng)對(duì)工件進(jìn)行分類。智能制造是全球制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，機(jī)械加工檢測(cè)技術(shù)的智能化發(fā)展的不僅體現(xiàn)在提高生產(chǎn)效率和檢測(cè)精度上，智能化的機(jī)械加工檢測(cè)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智能制造的重要組成部分，也是推動(dòng)制造業(yè)向更高層次發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。本文在總結(jié)機(jī)械加工檢測(cè)工藝國內(nèi)外現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)械加工檢測(cè)智能化的概念、特征進(jìn)行了定義，最后對(duì)機(jī)械加工智能化檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了展望。2、機(jī)械加工檢測(cè)工藝現(xiàn)狀在機(jī)械加工領(lǐng)域，質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程從傳統(tǒng)的游標(biāo)卡尺和千分尺，到現(xiàn)代的接觸式和非接觸式檢測(cè)方式，反映了機(jī)械加工檢測(cè)需求對(duì)于精度、效率及多樣性需求的不斷提高。現(xiàn)有的機(jī)械加工檢測(cè)工藝主要分為接觸式和非接觸式檢測(cè)。2.1接觸式檢測(cè)工藝機(jī)械加工的接觸式檢測(cè)以物理接觸為主要手段獲取被測(cè)試對(duì)象信息。其中，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是最為現(xiàn)代化的接觸式測(cè)量代表，其通過探頭與被測(cè)試物體表面接觸來獲取零件的關(guān)鍵點(diǎn)幾何參數(shù)。在精度和準(zhǔn)確性方面，接觸式檢測(cè)設(shè)備可以提供非常精確的測(cè)量數(shù)據(jù)，通常測(cè)量精度可以達(dá)到微米級(jí)，接觸時(shí)測(cè)量是高精度測(cè)量的場(chǎng)合（如航空航天、汽車制造和醫(yī)療器械等領(lǐng)域）的重要測(cè)量工具，在一些高精度零件的精密制造中，接觸式檢測(cè)是無可替代的。但從測(cè)量效率方面看，接觸式檢測(cè)需要逐點(diǎn)對(duì)每個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量效率較低，對(duì)于結(jié)構(gòu)尺寸大、形狀復(fù)雜零件的測(cè)量很難全面地評(píng)價(jià)零件的加工質(zhì)量。2.2非接觸式檢測(cè)工藝機(jī)械加工的非接觸式檢測(cè)是以光電技術(shù)為基礎(chǔ)，在不與被測(cè)量對(duì)象發(fā)生物理接觸的情況下，獲取零件的幾何量信息。機(jī)械加工的非接觸式檢測(cè)最為典型的方法有激光三角測(cè)量法和機(jī)器視覺測(cè)量。激光三角測(cè)量法是利用光線空間傳播過程中的光學(xué)反射規(guī)律和相似三角形原理，在接收透鏡的物空間與像空間構(gòu)成相似關(guān)系，同時(shí)利用邊角關(guān)系計(jì)算出待測(cè)位移。光學(xué)掃描儀是典型的通過投影光線并記錄反射回來的光線以建立被測(cè)試物體表面模型的測(cè)量方法，光學(xué)三維掃描器可以在幾秒鐘內(nèi)捕獲數(shù)百萬個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，快速地獲取大量工件表面幾何數(shù)據(jù)，適合用于對(duì)尺寸大型、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件進(jìn)行全面的精度控制，提高大批量生產(chǎn)的精度的一致性和提高效率。光學(xué)掃描儀由于對(duì)環(huán)境中的光線條件依賴較高，在明暗變化大或者反射性強(qiáng)烈的環(huán)境下對(duì)精度產(chǎn)生影響，同時(shí)需要復(fù)雜計(jì)算處理數(shù)據(jù)以建立被測(cè)試物體表面模型。激光干涉儀可以提供更為精確的結(jié)構(gòu)尺寸測(cè)量，其精度可能受到環(huán)境因素（如溫度、濕度）影響，但是通過輔助環(huán)境控制及校準(zhǔn)，測(cè)量精度能夠達(dá)到微米甚至納米級(jí)別。非接觸式檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高程度的自動(dòng)化和集成化，采用了先進(jìn)的圖像處理軟件和算法，可以自動(dòng)識(shí)別并分析數(shù)據(jù)，還支持與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件聯(lián)動(dòng)，并且可以通過編程進(jìn)行自動(dòng)化操作以提高效率和減少人為誤差。非接觸式檢測(cè)技術(shù)具有許多優(yōu)勢(shì)，并且在許多應(yīng)用中都顯示出極高的價(jià)值。3、智能化檢測(cè)的概念及特征3.1智能化檢測(cè)概念智能化檢測(cè)是一種革新性的技術(shù)，其結(jié)合了先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析和人工智能（AI）技術(shù)，能夠在各種環(huán)境和應(yīng)用中進(jìn)行精確的檢測(cè)和識(shí)別。在機(jī)械加工領(lǐng)域，智能化檢測(cè)正在改變?cè)u(píng)估產(chǎn)品質(zhì)量的形式，優(yōu)化生產(chǎn)流程，以及降低廢品率。在基礎(chǔ)層面上，智能化檢測(cè)系統(tǒng)是一種自動(dòng)化的質(zhì)量控制工具，可以識(shí)別和分類產(chǎn)品的特性和缺陷。這些系統(tǒng)通常使用一種或多種傳感器（例如光學(xué)、聲學(xué)、電磁或熱傳感器）來收集數(shù)據(jù)，然后使用預(yù)先訓(xùn)練的AI模型來分析這些數(shù)據(jù)，以確定產(chǎn)品是否符合預(yù)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。智能化檢測(cè)的核心是通過學(xué)習(xí)和適應(yīng)來改善測(cè)量精度和一致性。通過收集和分析大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，識(shí)別更復(fù)雜的生產(chǎn)制造模式下細(xì)微的機(jī)加工尺寸的變化，采用大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)來進(jìn)一步提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和一致性，形成更為完善的檢測(cè)工藝。3.2智能化檢測(cè)特征機(jī)械加工中過程中的智能化檢測(cè)的特征主要表現(xiàn)在智能傳感器的應(yīng)用、檢測(cè)數(shù)據(jù)的多源數(shù)據(jù)融合、大數(shù)據(jù)模型處理及檢測(cè)工藝的深度學(xué)習(xí)。（1）智能傳感器的應(yīng)用隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，基于深度學(xué)習(xí)的智能激光傳感器在檢測(cè)中的優(yōu)勢(shì)日益明顯，為機(jī)械加工檢測(cè)提供了新的解決方案。智能傳感器通過深度學(xué)習(xí)算法，可以自動(dòng)學(xué)習(xí)和識(shí)別復(fù)雜的模式，從而提高檢測(cè)的精度和效率，同時(shí)也具有強(qiáng)大的自適應(yīng)性和預(yù)測(cè)能力。智能激光傳感器在機(jī)械加工中的具體應(yīng)用見表1。相比于傳統(tǒng)的激光傳感器，它們更加依賴于軟件算法，而不僅僅是硬件設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)檢測(cè)環(huán)境和需求的自適應(yīng)性。傳統(tǒng)的傳感器相對(duì)于融合了深度學(xué)習(xí)的智能傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表2。同時(shí)，通過深度學(xué)習(xí)技術(shù)，智能激光傳感器可以實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的功能，如物體識(shí)別、場(chǎng)景理解等。在機(jī)械加工檢測(cè)中，智能激光傳感器首先通過收集機(jī)械加工過程中的各種數(shù)據(jù)，然后對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以提高深度學(xué)習(xí)算法的學(xué)習(xí)效率。接著，利用深度學(xué)習(xí)算法對(duì)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，以學(xué)習(xí)和識(shí)別機(jī)械加工過程中的各種模式。在機(jī)械加工過程中，智能激光傳感器可以利用訓(xùn)練好的模型對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)高精度和高效率的質(zhì)量控制。智能激光傳感器還可以利用深度學(xué)習(xí)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)[13]，以提前發(fā)現(xiàn)可能的問題，并對(duì)機(jī)械加工過程進(jìn)行優(yōu)化。智能激光傳感器在機(jī)械加工檢測(cè)中的應(yīng)用，不僅提高了檢測(cè)的精度和效率，也提升了檢測(cè)的智能化程度，展現(xiàn)出了強(qiáng)大的自適應(yīng)性和預(yù)測(cè)能力。（2）多源數(shù)據(jù)融合與處理在機(jī)械加工檢測(cè)中多種測(cè)量方式產(chǎn)生不同數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)，不同類型的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不一，導(dǎo)致測(cè)量評(píng)價(jià)機(jī)制的決策錯(cuò)誤。多源數(shù)據(jù)融合通過整合來自不同來源的數(shù)據(jù)提高數(shù)據(jù)質(zhì)量并增強(qiáng)質(zhì)量控制的效果。Hall等建立傳感器數(shù)據(jù)融合（SDF）方法，該技術(shù)結(jié)合了來自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)及相關(guān)信息，以實(shí)現(xiàn)比單個(gè)傳感器更具體的推理。多源數(shù)據(jù)融合可以幫助發(fā)現(xiàn)和糾正數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤和異常。此外，數(shù)據(jù)融合還可以提供更全面和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，從而支持決策和質(zhì)量改進(jìn)。（3）大數(shù)據(jù)模型處理大數(shù)據(jù)技術(shù)在機(jī)械加工檢測(cè)中的應(yīng)用已經(jīng)從初期的探索階段逐步轉(zhuǎn)向了深度應(yīng)用階段。在此過程中，大數(shù)據(jù)技術(shù)已經(jīng)從簡單的數(shù)據(jù)收集和分析，發(fā)展到了復(fù)雜的預(yù)測(cè)模型和優(yōu)化算法。大數(shù)據(jù)分析是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)分析的革命性飛躍，其特點(diǎn)可以用5個(gè)高來概括和定義：高容量（數(shù)據(jù)量大）、高速度（數(shù)據(jù)生成和更新速度快）、高多樣性（各種來源生成的數(shù)據(jù)以不同的形式出現(xiàn)）、高精度和高價(jià)值（潛在價(jià)值巨大）。大數(shù)據(jù)系統(tǒng)作為重要的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)分析技術(shù)體系，可以在海量數(shù)據(jù)中保留數(shù)據(jù)特征，提高網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和學(xué)習(xí)能力。許多企業(yè)已經(jīng)開始利用大數(shù)據(jù)技術(shù)來構(gòu)建機(jī)器學(xué)習(xí)模型，通過這些模型，他們可以預(yù)測(cè)產(chǎn)品質(zhì)量，優(yōu)化生產(chǎn)流程，從而提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。此外，大數(shù)據(jù)技術(shù)還被用于構(gòu)建智能化的機(jī)械加工檢測(cè)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)過程，自動(dòng)檢測(cè)和預(yù)警生產(chǎn)問題，從而確保產(chǎn)品質(zhì)量。（4）基于深度學(xué)習(xí)的檢測(cè)工藝基于圖像的深度學(xué)習(xí)可以用于檢測(cè)產(chǎn)品表面的缺陷，如裂紋、劃痕和凹陷等，如圖1所示。其識(shí)別問題的常用方法大致分為兩種，一是圖像閾值分割后，基于構(gòu)造缺陷特征模式匹配的方法；二是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)的構(gòu)造缺陷檢測(cè)分類模型算法。兩種缺陷檢測(cè)算法的流程圖如圖2所示。

楊洋等對(duì)基于深度學(xué)習(xí)的缺陷檢測(cè)提出了一種基于改進(jìn)的YOLOv5s的檢測(cè)方法。首先，在骨干網(wǎng)中深化網(wǎng)絡(luò)層，增加注意力機(jī)制CBAM模塊；然后，添加一個(gè)小尺度檢測(cè)層，將模型從三輸出預(yù)測(cè)層增加到四輸出預(yù)測(cè)層。第三，頸部網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)特征融合得到增強(qiáng)。最后，將原有卷積替換為深度可分離卷積，可以對(duì)產(chǎn)品圖像進(jìn)行分類和分割，從而實(shí)現(xiàn)高效準(zhǔn)確的缺陷檢測(cè)。基于視覺的深度學(xué)習(xí)缺陷檢測(cè)可以用于檢測(cè)產(chǎn)品組裝過程中的缺陷，如錯(cuò)位、錯(cuò)裝和缺失等。通過CMOS或工業(yè)攝像機(jī)，可以對(duì)產(chǎn)品組裝圖像進(jìn)行分析和識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的缺陷檢測(cè)和分類。Chen等為了檢測(cè)金屬易拉罐底部的表面缺陷，設(shè)計(jì)了兩個(gè)同心的圓錐環(huán)形明場(chǎng)光源，以同時(shí)照亮易拉罐底部的中心和外圍區(qū)域。Tao等使用暗場(chǎng)成像來檢測(cè)大口徑光學(xué)元件表面的微小劃痕。2018年以來，以ELMO模型、BERT模型為代表預(yù)訓(xùn)練模型快速興起，它們可以提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和效率，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的缺陷檢測(cè)和分類。4、機(jī)械加工智能化檢測(cè)的發(fā)展機(jī)械加工的檢測(cè)工藝順應(yīng)智能制造的需求，與智能化發(fā)展相接軌，機(jī)械加工智能化檢測(cè)工藝的發(fā)展趨勢(shì)是多樣的，主要朝以下幾方面發(fā)展：智能化檢測(cè)設(shè)備的向集成化發(fā)展，將多種檢測(cè)技術(shù)和設(shè)備集成在一起，形成多功能、高效率的檢測(cè)設(shè)備，避免多種設(shè)備之間的接口問題，提高檢測(cè)效率和準(zhǔn)確性；智能化檢測(cè)設(shè)備的便攜式發(fā)展，方便檢測(cè)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，提高檢測(cè)效率和便捷性，減少運(yùn)輸和安裝成本，降低檢測(cè)成本；智能化檢測(cè)設(shè)備自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化執(zhí)行檢測(cè)任務(wù)，減少人力成本，提高工作效率和準(zhǔn)確性；智能化檢測(cè)設(shè)備的智能化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)智能化的數(shù)據(jù)處理、分析和判斷，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性；智能化檢測(cè)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)共享，提高設(shè)備的整體效率和準(zhǔn)確性，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。5、結(jié)束語智能檢測(cè)