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如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化全數(shù)檢測(cè)
來(lái)源：中國(guó)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(cè)，是解決問(wèn)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(cè)，是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。意大利Marposs公司的非接觸測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在線全數(shù)檢測(cè)。
非接觸測(cè)量系統(tǒng)有：使用渦流的非破壞性檢測(cè)(渦流探傷檢測(cè))和非接觸測(cè)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(wú)損產(chǎn)品性能的情況下，在線檢測(cè)可將不良品分撿出來(lái)，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(wú)裂紋等缺陷很重要，因其會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題。為保證加工零件的安全性和可靠性，單靠目測(cè)外觀檢查是不能滿足要求的，從而對(duì)工件加工面的檢測(cè)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(cè)量方式、在短時(shí)間內(nèi)對(duì)所生產(chǎn)零件進(jìn)行檢測(cè)的全數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)是不可缺少的。
利用導(dǎo)體的渦流進(jìn)行各種檢測(cè)，是一種電磁感應(yīng)檢查，其典型應(yīng)用是渦流探傷。這里簡(jiǎn)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(chǎng)(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(chǎng)是變化的，通過(guò)導(dǎo)體的磁場(chǎng)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(chǎng)變化產(chǎn)生電，稱為電磁感應(yīng)。導(dǎo)體中產(chǎn)生的電場(chǎng)，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(kāi)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(chǎng)變化。這樣有無(wú)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(cè)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(chǎng)，輸出電壓為0;當(dāng)導(dǎo)電工件接近測(cè)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(cè)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(guò)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(wú)，便可從生產(chǎn)線上將廢次品剔除。
(3)在線檢測(cè)(非破壞性檢查)實(shí)例
Marposs公司開(kāi)發(fā)出了用于大批量檢測(cè)汽車零部件(曲軸、凸輪軸、氣缸體、剎車盤等)的測(cè)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(cè)
曲軸銷處配置了4個(gè)專用測(cè)頭，曲軸頸處配置了5個(gè)專用測(cè)頭，能在很短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)(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(cè)量)?？蓹z測(cè)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(cè)頭為：軸銷專用卡箍形測(cè)頭、頸部專用卡箍形測(cè)頭。
凸輪軸的檢測(cè)
在凸輪軸加工過(guò)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(cè)非常重要。凸輪檢測(cè)用的ND檢測(cè)系統(tǒng)是在專用測(cè)頭的兩端設(shè)計(jì)有金剛石測(cè)墊，測(cè)頭能夠模仿凸輪輪廓運(yùn)動(dòng)。在凸輪升程的全程內(nèi)測(cè)量時(shí)，測(cè)頭以約2mm/s的速度進(jìn)行掃描測(cè)量，軸頸部測(cè)頭與工件的間隙為0.3mm，為非接觸型。這樣在凸輪測(cè)量狀態(tài)下，最多可在12個(gè)位置同時(shí)進(jìn)行測(cè)量。儀器可以檢測(cè)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(cè)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(cè)工件特性的測(cè)頭、機(jī)械裝置、測(cè)量控制系統(tǒng);用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的在線測(cè)量系統(tǒng)及對(duì)工件進(jìn)行全數(shù)檢測(cè)的系統(tǒng)。
非接觸測(cè)量機(jī)
(1)M110光電柔性測(cè)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(cè)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(guò)程中的工序間檢測(cè)或加工完成后的最終檢測(cè)都是不能缺少的。M110 optoflex檢測(cè)系統(tǒng)能同時(shí)滿足在柔性生產(chǎn)線上的這兩種檢測(cè)。
接觸式測(cè)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(chǎng)環(huán)境要穩(wěn)定，這樣在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行高精度的測(cè)量才有可能。M110
optoflex檢測(cè)系統(tǒng)采用了光機(jī)電方式對(duì)工件進(jìn)行測(cè)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(zhǎng)度為800mm的工件進(jìn)行高精度絕對(duì)尺寸測(cè)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(cè)量，對(duì)于軟質(zhì)材料的工件不會(huì)造成損傷，測(cè)量準(zhǔn)確。
③能進(jìn)行1ms(1000Hz)高速采樣測(cè)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(cè)量。
④操作簡(jiǎn)便，不易出錯(cuò)。
⑤與激光測(cè)量相比，安全又方便，在徑向和長(zhǎng)度方向上都能進(jìn)行測(cè)量。
⑥激光是點(diǎn)光源，必須來(lái)回?cái)[動(dòng)掃描測(cè)量，而CCD測(cè)量就不需要，其機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)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(cè)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(cè)工件的邊緣影像投影到線列光電器件CCD上進(jìn)行測(cè)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(cè)量，由此來(lái)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(zhǎng)為760nm。發(fā)出的光經(jīng)透鏡聚光后，通過(guò)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(cè)量。由于煙霧、水汽、微粒等有反射光束，透鏡聚焦部的膜用來(lái)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(cè)頭堅(jiān)固、緊湊、耐用(4萬(wàn)小時(shí))，幾乎不受溫度變化的影響(0.2μm/℃)。
(3)柔性曲軸檢測(cè)系統(tǒng)?
M110 optoflex是開(kāi)發(fā)的自動(dòng)化測(cè)量裝置，其特點(diǎn)為：
①多用途：在制造過(guò)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(cè)量處理程序。
③可靠性：具有高剛度，能進(jìn)行高精度測(cè)量。
④工件上料裝置：由于處在測(cè)量區(qū)的切向位置，安全性好。
⑤可測(cè)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(zhǎng)度測(cè)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(cè)量結(jié)果采用Marposs工業(yè)計(jì)算機(jī)E9066運(yùn)行，測(cè)量軟件采用Marposs Quick
SPC。E9066屏幕上顯示的工件測(cè)量部位都由測(cè)量程序自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。
⑧統(tǒng)計(jì)分析：Marposs Quick SPC是在線測(cè)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(zhǎng)1530mm、寬2157mm、高2914mm;重約2300kg。
可測(cè)量工件：長(zhǎng)800mm，最大外徑200mm，最大移動(dòng)量40mm，重80kg。
(4)光電掃描快速測(cè)量裝置
M110
optoflex的自動(dòng)化是必要的，而在多品種測(cè)量情況下，可以采用光電快速掃描測(cè)量裝置。該儀器用來(lái)替代原來(lái)的臺(tái)式測(cè)量?jī)x。標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型采用Opto3+專用程序，測(cè)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(cè)量方法，用橫豎兩種方式打印。
測(cè)量項(xiàng)目：外徑、橢圓度、錐度、長(zhǎng)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(cè)量)。
儀器可手動(dòng)操作，傳感器測(cè)頭的位置也可手動(dòng)調(diào)整。光電快速掃描測(cè)量裝置最適于軟材質(zhì)易損工件的簡(jiǎn)便準(zhǔn)確測(cè)量。由于省去了測(cè)量座的自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)和長(zhǎng)刻尺，儀器能經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)大批量測(cè)量。
Marposs公司的非接觸測(cè)量?jī)x既能在計(jì)量室環(huán)境內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)繼承了Marposs的傳統(tǒng)，也能在加工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中使用，且對(duì)操作人員的技術(shù)水平無(wú)特殊要求。光電儀采用非接觸測(cè)量，對(duì)工件的材質(zhì)和形狀均沒(méi)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(cè)量;各工序檢測(cè)儀器。由于是非接觸測(cè)量，能夠保持最終精加工表面的狀態(tài)。
公司已開(kāi)發(fā)出的以主動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)、工位測(cè)量系統(tǒng)為主的手動(dòng)量具、量?jī)x和自動(dòng)檢驗(yàn)機(jī)等產(chǎn)品，均能夠滿足市場(chǎng)的需求。最近采用非接觸測(cè)量方式，大力開(kāi)發(fā)了在尺寸、形狀精度測(cè)量和表面缺陷檢查方面的應(yīng)用。
采用新技術(shù)、將現(xiàn)場(chǎng)中仍然需要熟練技巧的測(cè)量工作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化一直是Marposs公司努力的方向。