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如何實現自動化全數檢測
來源：中國機械設備生產門戶
摘要：對上世紀的生產線而言，高質量和高效率是兩個高度對立的概念，如何實現自動化全數檢測，是解決問題的關鍵。
對上世紀的生產線而言，高質量和高效率是兩個高度對立的概念，如何實現自動化全數檢測，是解決問題的關鍵。意大利Marposs公司的非接觸測量係統實現了在線全數檢測。
非接觸測量係統有：使用渦流的非破壞性檢測(渦流探傷檢測)和非接觸測量機(紅外線/CCD攝像光電技術)。應用這些基本技術，在無損產品性能的情況下，在線檢測可將不良品分撿出來，實現高生產率下的高水平質量管理。下麵介紹Marposs公司的最新技術及產品。
渦流探傷技術
機械零件表層有無裂紋等缺陷很重要，因其會產生嚴重的質量問題。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，從而對工件加工麵的檢測要求增多了。因此，生產線要達到所需的質量，采用非接觸測量方式、在短時間內對所生產零件進行檢測的全數檢測係統是不可缺少的。
利用導體的渦流進行各種檢測，是一種電磁感應檢查，其典型應用是渦流探傷。這裏簡述對有導電性的工件表麵裂紋等缺陷的檢查。
(1)渦流的特征
以非接觸方式對磁性體和導電非磁性體(鋁合金、不鏽鋼、銅等)材質的工件進行探傷。除裂紋以外，利用該渦流還可對下麵各種缺陷進行探傷：表麵的鑄造空洞和孔、磨削燒傷、劃痕、黑皮殘留、局部材質變化或存在異物(材質分類檢查)及局部硬度變化(材料組成和結構的檢查)等。
(2)渦流的原理
交流電流經線圈，在其周圍產生磁場(用磁力線表示)，並對附近的導體產生作用。因線圈磁場是變化的，通過導體的磁場在方向和數值上都隨時間而變化。這時，導體阻礙磁場變化產生電，稱為電磁感應。導體中產生的電場，在變化的導體磁力線作用下產生電流(交流電)，根據該電流的形狀稱其為渦流。產生於導體中的渦流，其大小與分布情況隨著頻率、導體的傳導率、透磁率，試驗體的尺寸、形狀，線圈的形狀、尺寸、電流及與導體的距離，以及外殼的形狀不同而變化。
板狀工件表麵如果有裂紋，渦流將迂回離開有裂紋的缺陷區流動(減少了線圈的負載)，其結果使磁場變化。這樣有無裂紋等損傷引起的導體性質的變化及渦流的分布情況隨之而變，渦流產生的磁力線也跟著變化。因此隻要檢測出磁力線的變化，就能得知是否存在損傷及其它導體的性質。
兩個線圈中央的空氣中不存在磁場，輸出電壓為0;當導電工件接近測頭，回路阻抗產生變化，輸出電壓不再為0。由於阻抗的變化，兩端線圈的交流電流(即電壓)發生變化，進而從測頭發出的模擬量信號經E70S放大後變成數字量信號。通過監視阻抗的變化，就能夠判定工件合格與否。工件有表麵裂紋等缺陷時，E70S放大器的監視畫麵上有變化(縱坐標為電壓，橫坐標為時間)，根據缺陷信號的有無，便可從生產線上將廢次品剔除。
(3)在線檢測(非破壞性檢查)實例
Marposs公司開發出了用於大批量檢測汽車零部件(曲軸、凸輪軸、氣缸體、刹車盤等)的測頭。下麵僅將有代表性的應用作以介紹。
曲軸銷、曲軸頸的檢測
曲軸銷處配置了4個專用測頭，曲軸頸處配置了5個專用測頭，能在很短時間內進行檢測(如果僅是圓柱狀，在轉速為60r/min的條件下，僅轉2圈就可完成測量)。可檢測項目有：裂紋、鑄造空洞、磨削燒傷等表麵損傷(軸銷、軸頸的端麵、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，對凸輪輪廓的加工要求很苛刻，因此凸輪加工麵的表麵檢測非常重要。凸輪檢測用的ND檢測係統是在專用測頭的兩端設計有金剛石測墊，測頭能夠模仿凸輪輪廓運動。在凸輪升程的全程內測量時，測頭以約2mm/s的速度進行掃描測量，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下，最多可在12個位置同時進行測量。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，工件轉速：60r/min。Marposs公司在汽車零部件的檢測領域有著豐富的經驗，能夠向用戶提供最適合於被測工件特性的測頭、機械裝置、測量控製係統;用於生產現場的在線測量係統及對工件進行全數檢測的係統。
非接觸測量機
(1)M110光電柔性測量係統?
先進機械加工已經從少品種大批量生產轉變到多品種混合生產。以往生產線常用的測量係統以接觸式為主，在頻繁變更工件品種的情況下，要實現高效率已很困難。這對於產品質量的保證已成為一大課題。?
在製造過程中的工序間檢測或加工完成後的最終檢測都是不能缺少的。M110 optoflex檢測係統能同時滿足在柔性生產線上的這兩種檢測。
接觸式測量的特點是能夠適應工件尺寸的變化，但是工件表麵要清潔，現場環境要穩定，這樣在短時間內進行高精度的測量才有可能。M110
optoflex檢測係統采用了光機電方式對工件進行測量。其主要優點：
①用紅外線/CCD相機與玻璃線紋尺組合時，可以對外徑為200mm、長度為800mm的工件進行高精度絕對尺寸測量。工件尺寸大小有變化時隻需變更程序不必改換位置。
②由於是非接觸測量，對於軟質材料的工件不會造成損傷，測量準確。
③能進行1ms(1000Hz)高速采樣測量，其結果經統計處理後給出，對於移動中的物體或有振動的物體都能進行準確測量。
④操作簡便，不易出錯。
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行測量。
⑥激光是點光源，必須來回擺動掃描測量，而CCD測量就不需要，其機構簡單，易於根據具體情況進行設計。
⑦即使工件形狀變更，也隻需相應改變程序，不必改動工作台的位置。
(2)係統的測量原理
係統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上進行測量。從暗的部位向亮的部位移動或反方向移動時，能進行亞像素級分辨率的測量，由此來判定影像的形狀。
光源的發射部分是用LED發射紅外光，其波長為760nm。發出的光經透鏡聚光後，通過濾光鏡投影到CCD上。該影像成像於CCD傳感器上，經讀取後變成電氣信號。當CCD上的暗部向亮部移動時，其影像作為工件的輪廓被測量。由於煙霧、水汽、微粒等有反射光束，透鏡聚焦部的膜用來濾光。為防止外部光源的幹擾，另外還設計有濾光器。因此CCD陣列中隻有平行光。
該技術中的光電測頭堅固、緊湊、耐用(4萬小時)，幾乎不受溫度變化的影響(0.2μm/℃)。
(3)柔性曲軸檢測係統?
M110 optoflex是開發的自動化測量裝置，其特點為：
①多用途：在製造過程中作為工序間工位檢查儀，終檢時作為分選機。
②柔性：采用光電傳感器，不同工件不用進行位置變更，隻需改變相應測量處理程序。
③可靠性：具有高剛度，能進行高精度測量。
④工件上料裝置：由於處在測量區的切向位置，安全性好。
⑤可測多種項目：軸頸、軸銷的直徑(靜止或運動狀態)，法蘭盤直徑、錐度、圓度、長度測量等。
⑥零位指示：將標準件裝在儀器上可以自動確定儀器零位。
⑦人機對話：程序和測量結果采用Marposs工業計算機E9066運行，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實現。
⑧統計分析：Marposs Quick SPC是在線測量數據分析用統計軟件，可進行數據管理。
主要參數：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，最大移動量40mm，重80kg。
(4)光電掃描快速測量裝置
M110
optoflex的自動化是必要的，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台式測量儀。標準機型采用Opto3+專用程序，測量結果用Marposs工業計算機E9066保存。
係統可按工件的測量方法，用橫豎兩種方式打印。
測量項目：外徑、橢圓度、錐度、長度、同心度、溝槽(尺寸、位置、大小)、振動以及齒輪中徑(奇、偶數齒均可測量)。
儀器可手動操作，傳感器測頭的位置也可手動調整。光電快速掃描測量裝置最適於軟材質易損工件的簡便準確測量。由於省去了測量座的自動上料機構和長刻尺，儀器能經濟地實現大批量測量。
Marposs公司的非接觸測量儀既能在計量室環境內進行測量，同時繼承了Marposs的傳統，也能在加工現場環境中使用，且對操作人員的技術水平無特殊要求。光電儀采用非接觸測量，對工件的材質和形狀均沒有限製。可應用於：在終檢工序上實現柔性製造係統中的絕對值測量;各工序檢測儀器。由於是非接觸測量，能夠保持最終精加工表麵的狀態。
公司已開發出的以主動測量係統、工位測量係統為主的手動量具、量儀和自動檢驗機等產品，均能夠滿足市場的需求。最近采用非接觸測量方式，大力開發了在尺寸、形狀精度測量和表麵缺陷檢查方麵的應用。
采用新技術、將現場中仍然需要熟練技巧的測量工作實現自動化一直是Marposs公司努力的方向。