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如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化全數(shù)檢測
來源：中國機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)門戶
摘要：對(duì)上世紀(jì)的生產(chǎn)線而言，高質(zhì)量和高效率是兩個(gè)高度對(duì)立的概念，如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化全數(shù)檢測，是解決問題的關(guān)鍵。
對(duì)上世紀(jì)的生產(chǎn)線而言，高質(zhì)量和高效率是兩個(gè)高度對(duì)立的概念，如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化全數(shù)檢測，是解決問題的關(guān)鍵。意大利Marposs公司的非接觸測量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在線全數(shù)檢測。
非接觸測量系統(tǒng)有：使用渦流的非破壞性檢測(渦流探傷檢測)和非接觸測量機(jī)(紅外線/CCD攝像光電技術(shù))。應(yīng)用這些基本技術(shù)，在無損產(chǎn)品性能的情況下，在線檢測可將不良品分撿出來，實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)率下的高水平質(zhì)量管理。下面介紹Marposs公司的最新技術(shù)及產(chǎn)品。
渦流探傷技術(shù)
機(jī)械零件表層有無裂紋等缺陷很重要，因其會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的質(zhì)量問題。為保證加工零件的安全性和可靠性，單靠目測外觀檢查是不能滿足要求的，從而對(duì)工件加工面的檢測要求增多了。因此，生產(chǎn)線要達(dá)到所需的質(zhì)量，采用非接觸測量方式、在短時(shí)間內(nèi)對(duì)所生產(chǎn)零件進(jìn)行檢測的全數(shù)檢測系統(tǒng)是不可缺少的。
利用導(dǎo)體的渦流進(jìn)行各種檢測，是一種電磁感應(yīng)檢查，其典型應(yīng)用是渦流探傷。這里簡述對(duì)有導(dǎo)電性的工件表面裂紋等缺陷的檢查。
(1)渦流的特征
以非接觸方式對(duì)磁性體和導(dǎo)電非磁性體(鋁合金、不銹鋼、銅等)材質(zhì)的工件進(jìn)行探傷。除裂紋以外，利用該渦流還可對(duì)下面各種缺陷進(jìn)行探傷：表面的鑄造空洞和孔、磨削燒傷、劃痕、黑皮殘留、局部材質(zhì)變化或存在異物(材質(zhì)分類檢查)及局部硬度變化(材料組成和結(jié)構(gòu)的檢查)等。
(2)渦流的原理
交流電流經(jīng)線圈，在其周圍產(chǎn)生磁場(用磁力線表示)，并對(duì)附近的導(dǎo)體產(chǎn)生作用。因線圈磁場是變化的，通過導(dǎo)體的磁場在方向和數(shù)值上都隨時(shí)間而變化。這時(shí)，導(dǎo)體阻礙磁場變化產(chǎn)生電，稱為電磁感應(yīng)。導(dǎo)體中產(chǎn)生的電場，在變化的導(dǎo)體磁力線作用下產(chǎn)生電流(交流電)，根據(jù)該電流的形狀稱其為渦流。產(chǎn)生于導(dǎo)體中的渦流，其大小與分布情況隨著頻率、導(dǎo)體的傳導(dǎo)率、透磁率，試驗(yàn)體的尺寸、形狀，線圈的形狀、尺寸、電流及與導(dǎo)體的距離，以及外殼的形狀不同而變化。
板狀工件表面如果有裂紋，渦流將迂回離開有裂紋的缺陷區(qū)流動(dòng)(減少了線圈的負(fù)載)，其結(jié)果使磁場變化。這樣有無裂紋等損傷引起的導(dǎo)體性質(zhì)的變化及渦流的分布情況隨之而變，渦流產(chǎn)生的磁力線也跟著變化。因此只要檢測出磁力線的變化，就能得知是否存在損傷及其它導(dǎo)體的性質(zhì)。
兩個(gè)線圈中央的空氣中不存在磁場，輸出電壓為0;當(dāng)導(dǎo)電工件接近測頭，回路阻抗產(chǎn)生變化，輸出電壓不再為0。由于阻抗的變化，兩端線圈的交流電流(即電壓)發(fā)生變化，進(jìn)而從測頭發(fā)出的模擬量信號(hào)經(jīng)E70S放大后變成數(shù)字量信號(hào)。通過監(jiān)視阻抗的變化，就能夠判定工件合格與否。工件有表面裂紋等缺陷時(shí)，E70S放大器的監(jiān)視畫面上有變化(縱坐標(biāo)為電壓，橫坐標(biāo)為時(shí)間)，根據(jù)缺陷信號(hào)的有無，便可從生產(chǎn)線上將廢次品剔除。
(3)在線檢測(非破壞性檢查)實(shí)例
Marposs公司開發(fā)出了用于大批量檢測汽車零部件(曲軸、凸輪軸、氣缸體、剎車盤等)的測頭。下面僅將有代表性的應(yīng)用作以介紹。
曲軸銷、曲軸頸的檢測
曲軸銷處配置了4個(gè)專用測頭，曲軸頸處配置了5個(gè)專用測頭，能在很短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行檢測(如果僅是圓柱狀，在轉(zhuǎn)速為60r/min的條件下，僅轉(zhuǎn)2圈就可完成測量)?？蓹z測項(xiàng)目有：裂紋、鑄造空洞、磨削燒傷等表面損傷(軸銷、軸頸的端面、R、圓柱形狀)。所用測頭為：軸銷專用卡箍形測頭、頸部專用卡箍形測頭。
凸輪軸的檢測
在凸輪軸加工過程中，對(duì)凸輪輪廓的加工要求很苛刻，因此凸輪加工面的表面檢測非常重要。凸輪檢測用的ND檢測系統(tǒng)是在專用測頭的兩端設(shè)計(jì)有金剛石測墊，測頭能夠模仿凸輪輪廓運(yùn)動(dòng)。在凸輪升程的全程內(nèi)測量時(shí)，測頭以約2mm/s的速度進(jìn)行掃描測量，軸頸部測頭與工件的間隙為0.3mm，為非接觸型。這樣在凸輪測量狀態(tài)下，最多可在12個(gè)位置同時(shí)進(jìn)行測量。儀器可以檢測的缺陷種類為：裂紋、鑄造空洞、磨削燒傷及劃痕等。掃描速度：約2mm/s，工件轉(zhuǎn)速：60r/min。Marposs公司在汽車零部件的檢測領(lǐng)域有著豐富的經(jīng)驗(yàn)，能夠向用戶提供最適合于被測工件特性的測頭、機(jī)械裝置、測量控制系統(tǒng);用于生產(chǎn)現(xiàn)場的在線測量系統(tǒng)及對(duì)工件進(jìn)行全數(shù)檢測的系統(tǒng)。
非接觸測量機(jī)
(1)M110光電柔性測量系統(tǒng)?
先進(jìn)機(jī)械加工已經(jīng)從少品種大批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)變到多品種混合生產(chǎn)。以往生產(chǎn)線常用的測量系統(tǒng)以接觸式為主，在頻繁變更工件品種的情況下，要實(shí)現(xiàn)高效率已很困難。這對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量的保證已成為一大課題。?
在制造過程中的工序間檢測或加工完成后的最終檢測都是不能缺少的。M110 optoflex檢測系統(tǒng)能同時(shí)滿足在柔性生產(chǎn)線上的這兩種檢測。
接觸式測量的特點(diǎn)是能夠適應(yīng)工件尺寸的變化，但是工件表面要清潔，現(xiàn)場環(huán)境要穩(wěn)定，這樣在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行高精度的測量才有可能。M110
optoflex檢測系統(tǒng)采用了光機(jī)電方式對(duì)工件進(jìn)行測量。其主要優(yōu)點(diǎn)：
①用紅外線/CCD相機(jī)與玻璃線紋尺組合時(shí)，可以對(duì)外徑為200mm、長度為800mm的工件進(jìn)行高精度絕對(duì)尺寸測量。工件尺寸大小有變化時(shí)只需變更程序不必改換位置。
②由于是非接觸測量，對(duì)于軟質(zhì)材料的工件不會(huì)造成損傷，測量準(zhǔn)確。
③能進(jìn)行1ms(1000Hz)高速采樣測量，其結(jié)果經(jīng)統(tǒng)計(jì)處理后給出，對(duì)于移動(dòng)中的物體或有振動(dòng)的物體都能進(jìn)行準(zhǔn)確測量。
④操作簡便，不易出錯(cuò)。
⑤與激光測量相比，安全又方便，在徑向和長度方向上都能進(jìn)行測量。
⑥激光是點(diǎn)光源，必須來回?cái)[動(dòng)掃描測量，而CCD測量就不需要，其機(jī)構(gòu)簡單，易于根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。
⑦即使工件形狀變更，也只需相應(yīng)改變程序，不必改動(dòng)工作臺(tái)的位置。
(2)系統(tǒng)的測量原理
系統(tǒng)的工作原理是使用高平行度的紅外線，將被測工件的邊緣影像投影到線列光電器件CCD上進(jìn)行測量。從暗的部位向亮的部位移動(dòng)或反方向移動(dòng)時(shí)，能進(jìn)行亞像素級(jí)分辨率的測量，由此來判定影像的形狀。
光源的發(fā)射部分是用LED發(fā)射紅外光，其波長為760nm。發(fā)出的光經(jīng)透鏡聚光后，通過濾光鏡投影到CCD上。該影像成像于CCD傳感器上，經(jīng)讀取后變成電氣信號(hào)。當(dāng)CCD上的暗部向亮部移動(dòng)時(shí)，其影像作為工件的輪廓被測量。由于煙霧、水汽、微粒等有反射光束，透鏡聚焦部的膜用來濾光。為防止外部光源的干擾，另外還設(shè)計(jì)有濾光器。因此CCD陣列中只有平行光。
該技術(shù)中的光電測頭堅(jiān)固、緊湊、耐用(4萬小時(shí))，幾乎不受溫度變化的影響(0.2μm/℃)。
(3)柔性曲軸檢測系統(tǒng)?
M110 optoflex是開發(fā)的自動(dòng)化測量裝置，其特點(diǎn)為：
①多用途：在制造過程中作為工序間工位檢查儀，終檢時(shí)作為分選機(jī)。
②柔性：采用光電傳感器，不同工件不用進(jìn)行位置變更，只需改變相應(yīng)測量處理程序。
③可靠性：具有高剛度，能進(jìn)行高精度測量。
④工件上料裝置：由于處在測量區(qū)的切向位置，安全性好。
⑤可測多種項(xiàng)目：軸頸、軸銷的直徑(靜止或運(yùn)動(dòng)狀態(tài))，法蘭盤直徑、錐度、圓度、長度測量等。
⑥零位指示：將標(biāo)準(zhǔn)件裝在儀器上可以自動(dòng)確定儀器零位。
⑦人機(jī)對(duì)話：程序和測量結(jié)果采用Marposs工業(yè)計(jì)算機(jī)E9066運(yùn)行，測量軟件采用Marposs Quick
SPC。E9066屏幕上顯示的工件測量部位都由測量程序自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。
⑧統(tǒng)計(jì)分析：Marposs Quick SPC是在線測量數(shù)據(jù)分析用統(tǒng)計(jì)軟件，可進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。
主要參數(shù)：外形尺寸：長1530mm、寬2157mm、高2914mm;重約2300kg。
可測量工件：長800mm，最大外徑200mm，最大移動(dòng)量40mm，重80kg。
(4)光電掃描快速測量裝置
M110
optoflex的自動(dòng)化是必要的，而在多品種測量情況下，可以采用光電快速掃描測量裝置。該儀器用來替代原來的臺(tái)式測量儀。標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型采用Opto3+專用程序，測量結(jié)果用Marposs工業(yè)計(jì)算機(jī)E9066保存。
系統(tǒng)可按工件的測量方法，用橫豎兩種方式打印。
測量項(xiàng)目：外徑、橢圓度、錐度、長度、同心度、溝槽(尺寸、位置、大小)、振動(dòng)以及齒輪中徑(奇、偶數(shù)齒均可測量)。
儀器可手動(dòng)操作，傳感器測頭的位置也可手動(dòng)調(diào)整。光電快速掃描測量裝置最適于軟材質(zhì)易損工件的簡便準(zhǔn)確測量。由于省去了測量座的自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)和長刻尺，儀器能經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)大批量測量。
Marposs公司的非接觸測量儀既能在計(jì)量室環(huán)境內(nèi)進(jìn)行測量，同時(shí)繼承了Marposs的傳統(tǒng)，也能在加工現(xiàn)場環(huán)境中使用，且對(duì)操作人員的技術(shù)水平無特殊要求。光電儀采用非接觸測量，對(duì)工件的材質(zhì)和形狀均沒有限制。可應(yīng)用于：在終檢工序上實(shí)現(xiàn)柔性制造系統(tǒng)中的絕對(duì)值測量;各工序檢測儀器。由于是非接觸測量，能夠保持最終精加工表面的狀態(tài)。
公司已開發(fā)出的以主動(dòng)測量系統(tǒng)、工位測量系統(tǒng)為主的手動(dòng)量具、量儀和自動(dòng)檢驗(yàn)機(jī)等產(chǎn)品，均能夠滿足市場的需求。最近采用非接觸測量方式，大力開發(fā)了在尺寸、形狀精度測量和表面缺陷檢查方面的應(yīng)用。
采用新技術(shù)、將現(xiàn)場中仍然需要熟練技巧的測量工作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化一直是Marposs公司努力的方向。