如何实现自动化全数检测

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对上世纪的生产线而言，高质量和高效率是两个高度对立的概念，如何实现自动化全数检测，是解决问题的关键。意大利Marposs公司的非接触测量系统实现了在线全数检测。?
    非接触测量系统有：使用涡流的非破坏性检测（涡流探伤检测）和非接触测量机（红外线/CCD摄像光电技术）。应用这些基本技术，在无损产品性能的情况下，在线检测可将不良品分捡出来，实现高生产率下的高水平质量管理。下面介绍Marposs公司的最新技术及产品。?

    涡流探伤技术

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    -机械零件表层有无裂纹等缺陷很重要，因其会产生严重的质量问题。为保证加工零件的安全性和可靠性，单靠目测外观检查是不能满足要求的，从而对工件加工面的检测要求增多了。因此，生产线要达到所需的质量，采用非接触测量方式、在短时间内对所生产零件进行检测的全数检测系统是不可缺少的。?
    利用导体的涡流进行各种检测，是一种电磁感应检查，其典型应用是涡流探伤。这里简述对有导电性的工件表面裂纹等缺陷的检查。

    （1）涡流的特征
    以非接触方式对磁性体和导电非磁性体（铝合金、不锈钢、铜等）材质的工件进行探伤。除裂纹以外，利用该涡流还可对下面各种缺陷进行探伤：表面的铸造空洞和孔、磨削烧伤、划痕、黑皮残留、局部材质变化或存在异物（材质分类检查）及局部硬度变化（材料组成和结构的检查）等。?

    （2）涡流的原理?
    交流电流经线圈，在其周围产生磁场（用磁力线表示），并对附近的导体产生作用。因线圈磁场是变化的，通过导体的磁场在方向和数值上都随时间而变化。这时，导体阻碍磁场变化产生电，称为电磁感应。导体中产生的电场，在变化的导体磁力线作用下产生电流（交流电），根据该电流的形状称其为涡流。产生于导体中的涡流，其大小与分布情况随着频率、导体的传导率、透磁率，试验体的尺寸、形状，线圈的形状、尺寸、电流及与导体的距离，以及外壳的形状不同而变化。?
    板状工件表面如果有裂纹，涡流将迂回离开有裂纹的缺陷区流动（减少了线圈的负载），其结果使磁场变化。这样有无裂纹等损伤引起的导体性质的变化及涡流的分布情况随之而变，涡流产生的磁力线也跟着变化。因此只要检测出磁力线的变化，就能得知是否存在损伤及其它导体的性质。?
    两个线圈中央的空气中不存在磁场，输出电压为0；当导电工件接近测头，回路阻抗产生变化，输出电压不再为0。由于阻抗的变化，两端线圈的交流电流（即电压）发生变化，进而从测头发出的模拟量信号经E70S放大后变成数字量信号。通过监视阻抗的变化，就能够判定工件合格与否。工件有表面裂纹等缺陷时，E70S放大器的监视画面上有变化（纵坐标为电压，横坐标为时间），根据缺陷信号的有无，便可从生产线上将废次品剔除。

    （3）在线检测（非破坏性检查）实例?
    Marposs公司开发出了用于大批量检测汽车零部件（曲轴、凸轮轴、气缸体、刹车盘等）的测头。下面仅将有代表性的应用作以介绍。?

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    曲轴销、曲轴颈的检测

    曲轴销处配置了4个专用测头，曲轴颈处配置了5个专用测头，能在很短时间内进行检测（如果仅是圆柱状，在转速为60r/min的条件下，仅转2圈就可完成测量）。可检测项目有：裂纹、铸造空洞、磨削烧伤等表面损伤（轴销、轴颈的端面、R、圆柱形状）。所用测头为：轴销专用卡箍形测头、颈部专用卡箍形测头。?

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    凸轮轴的检测

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    在凸轮轴加工过程中，对凸轮轮廓的加工要求很苛刻，因此凸轮加工面的表面检测非常重要。凸轮检测用的ND检测系统是在专用测头的两端设计有金刚石测垫，测头能够模仿凸轮轮廓运动。在凸轮升程的全程内测量时，测头以约2mm/s的速度进行扫描测量，轴颈部测头与工件的间隙为0.3mm，为非接触型。这样在凸轮测量状态下，最多可在12个位置同时进行测量。仪器可以检测的缺陷种类为：裂纹、铸造空洞、磨削烧伤及划痕等。扫描速度：约2mm/s，工件转速：60r/min。Marposs公司在汽车零部件的检测领域有着丰富的经验，能够向用户提供最适合于被测工件特性的测头、机械装置、测量控制系统；用于生产现场的在线测量系统及对工件进行全数检测的系统。?

    非接触测量机

    （1）M110光电柔性测量系统?
    先进机械加工已经从少品种大批量生产转变到多品种混合生产。以往生产线常用的测量系统以接触式为主，在频繁变更工件品种的情况下，要实现高效率已很困难。这对于产品质量的保证已成为一大课题。?
    在制造过程中的工序间检测或加工完成后的最终检测都是不能缺少的。M110 optoflex检测系统能同时满足在柔性生产线上的这两种检测。?
    接触式测量的特点是能够适应工件尺寸的变化，但是工件表面要清洁，现场环境要稳定，这样在短时间内进行高精度的测量才有可能。M110 optoflex检测系统采用了光机电方式对工件进行测量。其主要优点：?
    ①用红外线/CCD相机与玻璃线纹尺组合时，可以对外径为200mm、长度为800mm的工件进行高精度绝对尺寸测量。工件尺寸大小有变化时只需变更程序不必改换位置。?
    ②由于是非接触测量，对于软质材料的工件不会造成损伤，测量准确。?
    ③能进行1ms（1000Hz）高速采样测量，其结果经统计处理后给出，对于移动中的物体或有振动的物体都能进行准确测量。?
    ④操作简便，不易出错。?
    ⑤与激光测量相比，安全又方便，在径向和长度方向上都能进行测量。?
    ⑥激光是点光源，必须来回摆动扫描测量，而CCD测量就不需要，其机构简单，易于根据具体情况进行设计。?
    ⑦即使工件形状变更，也只需相应改变程序，不必改动工作台的位置。?

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    （2）系统的测量原理?
    系统的工作原理是使用高平行度的红外线，将被测工件的边缘影像投影到线列光电器件CCD上进行测量。从暗的部位向亮的部位移动或反方向移动时，能进行亚像素级分辨率的测量，由此来判定影像的形状。?
    光源的发射部分是用LED发射红外光，其波长为760nm。发出的光经透镜聚光后，通过滤光镜投影到CCD上。该影像成像于CCD传感器上，经读取后变成电气信号。当CCD上的暗部向亮部移动时，其影像作为工件的轮廓被测量。由于烟雾、水汽、微粒等有反射光束，透镜聚焦部的膜用来滤光。为防止外部光源的干扰，另外还设计有滤光器。因此CCD阵列中只有平行光。?
    该技术中的光电测头坚固、紧凑、耐用（4万小时），几乎不受温度变化的影响（0.2μm/℃）。

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    （3）柔性曲轴检测系统?
    M110 optoflex是开发的自动化测量装置，其特点为：?
    ①多用途：在制造过程中作为工序间工位检查仪，终检时作为分选机。?
    ②柔性：采用光电传感器，不同工件不用进行位置变更，只需改变相应测量处理程序。?
    ③可靠性：具有高刚度，能进行高精度测量。?
    ④工件上料装置：由于处在测量区的切向位置，安全性好。?
    ⑤可测多种项目：轴颈、轴销的直径（静止或运动状态），法兰盘直径、锥度、圆度、长度测量等。?
    ⑥零位指示：将标准件装在仪器上可以自动确定仪器零位。?
    ⑦人机对话：程序和测量结果采用Marposs工业计算机E9066运行，测量软件采用Marposs Quick SPC。E9066屏幕上显示的工件测量部位都由测量程序自动实现。?
    ⑧统计分析：Marposs Quick SPC是在线测量数据分析用统计软件，可进行数据管理。?
    主要参数：外形尺寸：长1530mm、宽2157mm、高2914mm；重约2300kg。?
    可测量工件：长800mm，最大外径200mm，最大移动量40mm，重80kg。（4）光电扫描快速测量装置?
    M110 optoflex的自动化是必要的，而在多品种测量情况下，可以采用光电快速扫描测量装置。该仪器用来替代原来的台式测量仪。标准机型采用Opto3+专用程序，测量结果用Marposs工业计算机E9066保存。?
    系统可按工件的测量方法，用横竖两种方式打印。?
    测量项目：外径、椭圆度、锥度、长度、同心度、沟槽（尺寸、位置、大小）、振动以及齿轮中径（奇、偶数齿均可测量）。?
    仪器可手动操作，传感器测头的位置也可手动调整。光电快速扫描测量装置最适于软材质易损工件的简便准确测量。由于省去了测量座的自动上料机构和长刻尺，仪器能经济地实现大批量测量。?
    Marposs公司的非接触测量仪既能在计量室环境内进行测量，同时继承了Marposs的传统，也能在加工现场环境中使用，且对操作人员的技术水平无特殊要求。光电仪采用非接触测量，对工件的材质和形状均没有限制。可应用于：在终检工序上实现柔性制造系统中的绝对值测量；各工序检测仪器。由于是非接触测量，能够保持最终精加工表面的状态。?
    公司已开发出的以主动测量系统、工位测量系统为主的手动量具、量仪和自动检验机等产品，均能够满足市场的需求。最近采用非接触测量方式，大力开发了在尺寸、形状精度测量和表面缺陷检查方面的应用。
    采用新技术、将现场中仍然需要熟练技巧的测量工作实现自动化一直是Marposs公司努力的方向。

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