2023/2/4武漢理工大學機電學院1/55一、概述二、傳感器三、加工過程中的自動檢測四、工件尺寸的自動補償五、檢驗自動機第五章檢測自動化2023/2/4武漢理工大學機電學院2/55一、概述1、實現檢驗自動化的意義（1）保證和提高產品質量。（2）提高勞動生產率，降低產品成本。（3）減輕工人的勞動強度。

手工測量完全靠操作者的技術熟練程度和視覺判斷的正確性——結果往往有主觀性。自動檢驗能消除人為的觀測誤差，能保證產品的質量。在自動化生產過程中——多種多樣的項目，如：加工精度、表面粗糙度、切削負荷、刀具磨損、切削溫度等，并根據測量結果調整機床的工藝參數，控制機床的動作循環，以保證和提高產品質量。這是人工所不能勝任的，而自動測量能很輕易的做到這一點。

檢驗大批零件，常需要花費很多時間。根據統計，一個熟練的檢驗員用內徑千分尺測量一個孔的內徑，需40S左右，測量精度0.01-0.02mm。而一個普通的操作者用氣動量儀測量同樣的孔徑，僅需4S，測量精度可達0.001mm。有時，一個零件的測量項目很多，如果用人工測量，將需要更多時間。采用自動檢測裝置，特別是在線自檢裝置，不僅能防止廢品的發生，而且由于檢驗過程與加工過程在時間上重合，故能有效地提高生產率，減少和防止廢品的發生，降低產品成本。

在連續檢驗大批零件的時候，工人由于經常重復某一動作，并且要仔細的觀察測量結果，眼睛容易疲勞，不僅會引起測量誤差，長此以往會造成視力減退，影響工人健康。特別是大量生產中檢驗一些重量比較大的工件時，勞動強度大。采用自動測量裝置在自動線上檢驗工件，可以顯著地減輕工人的體力勞動，改善勞動條件。2023/2/4武漢理工大學機電學院3/552、實現檢驗自動化的途徑(2)在自動線中設置自動檢驗工位。如曲軸動平衡自動線中設置不平衡量檢測工位等。(1)在機床上安裝自動檢測裝置。如磨削過程中，安裝在磨床上的自動檢測裝置。(3)設置專用的檢驗分類機及分類自動線。如活塞環、滾針、鋼球等零件的分類機，連桿稱重分類自動線等。2023/2/4武漢理工大學機電學院4/55UNIMAR?S磨床在線測量標準應用的測量頭2023/2/4武漢理工大學機電學院5/55MARPOSS曲軸測量機。測量內容包括：主軸頸外徑、連桿頸外徑、主軸頸、連桿頸圓度、直線度、平行度、中心距和跳動。測量系統采用整體彈性體的電感式傳感器和金剛石觸點，結構緊湊、精確度高。3、檢驗過程自動化的基本過程（1）零件加工過程中的自動檢驗1零件；2檢驗裝置；3放大器；4控制線路；5機床2023/2/4武漢理工大學機電學院7/55（2）具有自動補償作用的檢驗過程

1零件；2檢驗裝置；3放大器；4控制線路；5機床6控制線路；7分類機構；8合格品2023/2/4武漢理工大學機電學院8/55（3）檢驗自動機的檢驗過程

1零件；2檢驗裝置；3放大器；4顯示裝置；5分類機構

零件1在加工完畢后，經測量裝置2檢驗。檢驗結果的信號，一方面送向顯示裝置4顯示出來；另一方面送到信號轉換放大裝置3，經過裝置3控制分類機構5將零件分為三類，即合格品、可返修的廢品及不可返修的廢品。

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方框圖可以看出，上述三種檢驗方式由于控制過程不同，以及在接受測量信號之后，執行機構實現的作用不同，所以檢驗執行機構具有不同的結構和特點。但是它們也有共性的部分，即不論哪一種檢驗方式，其測量裝置——傳感器和信號的轉換放大裝置是相同的。

自動檢測過程方框圖自動測量發出測量信號信號轉換和放大工件進入檢驗裝置控制裝置動作；轉換機床的切削用量和動作；自動補償刀具磨損；自動分類；2023/2/4武漢理工大學機電學院10/554、自動檢測裝置的分類按轉換測量信號的原理—傳感器按檢驗過程的性質機械的電氣的氣動的按量頭與工件的接觸情況主動檢驗被動檢驗接觸式檢驗非接觸式檢驗按被檢驗的參數零件的尺寸偏差幾何形狀誤差重量偏差高速轉動零件的不平衡量

直接在加工過程中對工件進行自動檢驗。優點是：能夠將檢驗結果反映到工藝過程中。當工件達到規定的尺寸時，檢驗機構就發出信號或使機床自動停車或改變切削用量。這樣就可以預防廢品的產生，并且大大提高機械加工的生產率。

零件是在工藝過程完成之后，或在某一工序完成之后才進行檢驗，從而剔除廢品，或將零件按一定的尺寸偏差進行分組。這種檢驗方式不能預防廢品的產生，只能發現和剔除廢品，故又稱為消極檢驗。消極檢驗裝置一般以檢驗自動機的形式出現

。

測量頭直接與工件被測表面接觸，工件被測參數的變化，直接反映在量桿的移動量上，然后通過某種傳感器轉換為電量，例如電接觸式，電感式傳感器都屬于這一種。

測量頭不與工件被測表面接觸，而是借助氣壓，光束或放射性同位素的射線等的作用，以反映被測參數的變化。這種測量方式沒有因為測頭與工件接觸發生磨損而產生的誤差。2023/2/4武漢理工大學機電學院11/55自動檢驗的分類自動檢驗的分類按轉換測量信號的原理

按檢驗過程的性質按量頭與工件的接觸情況

機械式

電氣式

氣動式

在加工過程中的自動檢驗

在加工完成以后進行檢驗和分類

接觸式檢驗

非接觸式檢驗

按被檢驗的參數

尺寸偏差

幾何形狀誤差

重量偏差

不平衡量

2023/2/4武漢理工大學機電學院12/55二、傳感器電傳感器氣動傳感器光纖傳感器傳感器是測量裝置中最主要的組成部分2023/2/4武漢理工大學機電學院13/55一次儀表：把各種非電量信息轉換為電信號,這就是傳感器的功能,傳感器又稱為一次儀表。二次儀表：對轉換后的電信號進行測量,并進行放大、運算、轉換、記錄、指示、顯示等處理,這叫作電信號處理系統,通常被稱為二次儀表。一次儀表與二次儀表2023/2/4武漢理工大學機電學院14/55傳感器的線性度

傳感器的靜態特性是在靜態標準條件下,利用一定等級的標準設備,對傳感器進行往復循環測試,得到的輸入/輸出特性（列表或畫曲線）。通常希望這個特性（曲線）為線性,這對標定和數據處理帶來方便。但實際的輸出與輸入特性只能接近線性,與理論直線有偏差。傳感器的線性度示意圖

yFS21Dmax0xFSyx2023/2/4武漢理工大學機電學院15/551、電氣傳感器電接觸式傳感器

電感應式傳感器差動變壓器式傳感器電容式傳感器

光電式傳感器等

2023/2/4武漢理工大學機電學院16/55（1）電接觸式傳感器

當被檢驗零件的尺寸或幾何形狀變化時，與零件相接觸的量桿移動，當零件的尺寸超出允許的極限時，量桿使觸點結合或斷開，從而將工件的尺寸變化量變換成電信號。單界限式只有一個觸點，可測知零件是否大于某一規定尺寸（a）雙界限式多界限式有上下兩個觸點，可將零件分為三類。（b,c,d）可將零件分成較多的組數或發出多個信號。（e）工作原理

2023/2/4武漢理工大學機電學院17/55電接觸式傳感器結構示意圖

根據量桿的移動和觸頭動作的聯系不同，電接觸發送器有兩種形式無杠桿的（a）有杠桿的測量精度要高一些（b,c）調節螺釘

傳感器放大杠桿6安裝在鉸鏈支承上，杠桿的長臂和短臂的比即為放大比，其值通常為3:1～l0:12023/2/4武漢理工大學機電學院18/55電接觸式傳感器結構示意圖

圖示系彈簧式杠桿系統，用彈簧片8將量桿體2懸浮地支承在固定支架7上，觸頭9通過彈簧6與件2和7相聯。固定觸頭4可以通過螺釘3與5進行調節。當量桿1上下移動時，觸頭9將向兩邊擺動，從而將電觸頭斷開或接通。這種放大杠桿的放大比可達100:1。又由于杠桿支承是無摩擦式的，因此動作靈敏，精度較高。（c）2023/2/4武漢理工大學機電學院19/55電接觸式傳感器的結構

1工件；2量桿；3彈簧；4套子；5觸頭；6固定觸頭；7銷子；8支座。

量桿2在彈簧3的作用下與工件1接觸。它所操縱的觸頭杠桿5用片彈簧固定在支座8上。當量桿2移動時，其上的套子4通過銷子7推動杠桿擺動，兩個固定觸頭6可用帶千分尺的螺旋調整好。量桿2的移動量還可以直接反映在千分表上，以便于觀察。

2023/2/4武漢理工大學機電學院20/55電接觸式傳感器觸頭經常通電斷電易產生火花放電，容易蝕損。為了提高觸頭的使用壽命，一方面采用耐蝕性和耐磨性好的合金作為觸頭材料，另一方面限制觸頭開斷的功率。優點傳感器和控制線路都比較簡單。易于調整，能滿足一般檢驗精度的要求不足只能反映出零件被測參數是否超差，而不能指出尺寸的實際偏差。應用檢驗自動機中分類測量磨床上加工精度要求不高的零件用于主動檢驗自動線中用于工序間的自動檢驗——控制精加工余量。電接觸式傳感器的應用2023/2/4武漢理工大學機電學院21/55工作原理

在固定鐵芯4中裝有線圈5。鐵芯3與量桿2相連，由于被測工件1的尺寸變化，使量桿2移動，從而使鐵芯3也上下移動，改變它與固定鐵芯4之間的間隙，使線圈中的電感量Lx發生變化。（2）電感應式傳感器W—線圈匝數；RM—鐵芯中的磁阻；δ—固定鐵芯與動鐵芯之間的空氣隙；

μ0—空氣隙的導磁系數；S—空氣隙的截面積

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線圈7裝在線圈架6中并套在固定鐵芯內，下鐵芯通過銜鐵座與量桿聯結，量桿前端裝有量端1，彈簧5使上下鐵芯分開，并產生一定的測量力——0.2kg左右。結構簡單、緊湊，體積小，便于安裝。測量精度：IT7級。電感應式傳感器結構2023/2/4武漢理工大學機電學院23/55工作原理

在上下兩個固定鐵芯6和3中各裝有一個線圈7和4，位于兩個鐵芯之間的銜鐵5固定在量桿上2，由于被測工件1的尺寸變化，使量桿2移動，使上下兩氣隙發生變化，改變了線圈中的電感量Lx1和Lx2，電橋失去平衡，即可測出尺寸偏差。差動電感應式傳感器

差動電感應式傳感器與單線圈的電感應式傳感器相比，結構上要復雜一些，但測量精度和靈敏度較高。2023/2/4武漢理工大學機電學院24/55工作原理

在線圈骨架上裝有一個初級線圈和兩個次級線圈。如果在初級線圈中輸入高頻電壓e，則在兩個次級線圈中會產生感應電動勢。

兩個次級線圈采取反向差接，輸出電壓相位相差180°，當鐵芯處在兩個次級線圈的中央位置時，感應電動勢相等e1=e2，輸出電壓為零。當偏離中央位置時，靠近鐵芯邊的次級繞組感應電動勢比較大，而另一邊的感應電動勢減小，輸出電壓為：

ech=e1-e2（3）差動變壓器式傳感器2023/2/4武漢理工大學機電學院25/55工作原理電容式傳感器通常接在用電容和電感構成的橋式電路上（4）電容式傳感器4為電容器的定片，動片3與量桿1聯接在一起，量桿1用片彈簧2和5支承著。當工件尺寸變化時，動片3與定片4之間的氣隙發生變化，從而引起電容量變化。極片間的距離極片的面積介電常數2023/2/4武漢理工大學機電學院26/55

電容式傳感器的測量精度和靈敏度都較高，測量力小，多用于高精度測量。例如：在高精度外圓磨床上，根據已加工好的孔徑配磨偶件時，都采用電容傳感器作測量元件。不足所組成的測量儀對屏蔽要求比較高，易受外界干擾；測量電路的寄生電容對測量精度有影響。由于電容式傳感器的測量范圍很小，調整比較復雜，所以不如電感式、差動變壓器式和氣壓式傳感器用的普遍。電容式傳感器的性能2023/2/4武漢理工大學機電學院27/55（5）光電式傳感器

將光量轉換為電量的器件稱為光電傳感器或光電元件。光電式傳感器的工作原理是：首先把被測量的變化轉換成光信號的變化，然后通過光電轉換元件變換成電信號。光電傳感器的工作基礎是光電效應。2023/2/4武漢理工大學機電學院28/55檢驗成品尺寸示意圖1工件；2量桿

；3光敏元件；4小孔

；5光源

從光源5發出的光線經小孔4射向光敏元件3。量桿2對工件1進行測量，量桿2的上端為一隔板，根據工件尺寸的大小，決定隔板遮住小孔4的面積大小，從而使光敏元件發出相應的信號。2023/2/4武漢理工大學機電學院29/55加工過程中測量工件尺寸示意圖——光電傳感器應用1工件；2量桿

；3彈簧

；4彈簧；5反射鏡

；6光敏元件；7透鏡；8

光源；9量桿

工件1用兩個量桿測量，量桿9固定在量儀殼體上，量桿2是一個可繞支點轉動的杠桿。在另一桿臂上用扭曲的片彈簧4與反射鏡5相聯。從光源8來的光線經透鏡7、反射鏡5射向光敏元件6。當工件尺寸因加工而變小時，量桿2在彈簧3的作用下順時針方向轉動，因而使反射鏡5逐漸偏轉，照射在光敏元件上的光束強度也發生變化，從而發出相應的控制信號。2023/2/4武漢理工大學機電學院30/55測量原理

經過濾清和穩壓的壓縮空氣進入計量儀的氣室A，其壓力為p1，壓縮空氣再經過小孔1進入氣室B，然后經噴嘴2排入大氣。當測量工件時，工件放在噴嘴2前面，形成一個氣隙Z，此時，壓縮空氣必須經過此氣隙排入大氣，所產生的節流效應與此氣隙的大小有一定關系。工件尺寸增大，Z減小，p2上升工件尺寸減小，Z增大，p2下降。通過測量p2就可知工件尺寸的變化。

在p2與Z的特性曲線中，有一線性段AB，即p2與Z成線形關系，氣動量儀應調整在這一范圍工作。2、氣動傳感器測量范圍2023/2/4武漢理工大學機電學院31/55優點

氣動傳感器所發出的氣壓信號不能直接控制執行機構，一般要將測量結果轉換為相應的電信號來實現控制功能——通過各種電氣傳感器進行轉換。應用范圍很廣，采用不同結構形式的測量頭便可以測量不同的參數。屬于非接觸測量，量頭不會磨損；放大倍數高，具有較高的測量精度和靈敏度；可以用于測量工件的尺寸偏差，也可測量形位公差；可以檢驗形狀復雜的表面和用其他方法難以測量的內部尺寸。Note氣源的過濾和穩壓；氣動系統有一定惰性，一般約需半秒后示值才能穩定。壓力型量儀流量型量儀反映流量變化。反映壓力變化，有低壓型和高壓型之分。2023/2/4武漢理工大學機電學院32/55

過濾以后的壓縮空氣經管道1進入穩壓器2穩壓，保持壓力為4Kgf／cm2。打開開關3，壓縮空氣進入氣動量儀的進氣口，經小孔4及5分為兩路。一路進入薄膜6上方的氣室，另一路進入下氣室。下氣室有管道8通噴嘴9，工件10即放在噴嘴9前面而形成一個氣隙Z，氣隙Z的變化將影響下氣室的壓力，上氣室的壓縮空氣經測量桿7上端的錐面出氣環而排入大氣。工件尺寸減小，Z增大，p1下降。膜片6原來的平衡位置被破壞，因而使膜片下移，測量桿7也隨之下移，從而增大了測量桿7上端出氣環的排氣截面積，使上氣室壓力p2

也下降。1）薄膜式氣動量儀

當測量桿7下移至某一位置，上、下氣室的壓力使膜片6重新獲得平衡的位置，測量桿7即保持不動，通過表桿11、指示表14指示出工件的尺寸偏差。測量原理2023/2/4武漢理工大學機電學院33/55薄膜式氣動量儀圖例2023/2/4武漢理工大學機電學院34/55式中，K——量儀氣動系統的放大比；

k——比例常數；——上降壓噴嘴的孔徑(毫米)(圖中的孔4)；——下降壓噴嘴的孔徑(毫米)(圖中的孔5)；——測量噴嘴的孔徑(毫米)；——上出氣環孔徑(毫米)；放大比2023/2/4武漢理工大學機電學院35/55放大比

薄膜式氣動量儀的測量線性范圍為80微米，工件尺寸變化1微米（即Z變化1微米）測量桿7移動為10微米，即氣動放大倍數K＝10。指示儀表14的放大比為100:1，所以氣動測量儀總的放大比為1000:1。因此，指示表能清晰地顯示被測對象的微小尺寸變化，每格示值為0.001毫米。2023/2/4武漢理工大學機電學院36/55

兩個波紋狀皺褶管1和2，其中一邊通入恒定壓力的壓縮空氣，另一邊與測量頭噴嘴相通，即通測量氣壓。中間的支架3根據兩邊氣壓之差的大小而處于不同的位置。安裝在十字形片彈簧7上的觸頭杠桿5由支架3控制，與固定觸頭12和13相互作用發出極限尺寸信號。同時通過齒扇杠桿11、齒輪10和指針9直接指示測量值；另一方面，支架3還可以通過浮動觸桿8及固定觸頭4、6測量工件的幾何形狀偏差。2）波紋管式氣動量儀測量原理2023/2/4武漢理工大學機電學院37/552023/2/4武漢理工大學機電學院38/553）水銀柱式氣動量儀

壓縮空氣經過濾清器6從進氣閥l進入穩壓器2，使壓縮空氣保持穩定的工作壓力然后進入分配器7中。氣流在分配器中分成兩路：一路經噴嘴進入測壓氣室8，其壓力為Pc，再通到測頭13，經噴嘴與被測表面所形成的間隙Z而流入大氣；另一路經節流噴嘴進入預壓氣室4，再通過調節閥5與大氣相通。調節閥5調定后，氣室4內即為一恒定壓力，可由壓力表3示出。水銀差壓計11下端的薄膜氣室12與測壓室8相通；上端則通過防溢瓶9與預壓室4相通。上下的壓力差由水銀柱的高度示出。

，

2023/2/4武漢理工大學機電學院39/552023/2/4武漢理工大學機電學院40/55

放大比

測量時，預壓室4的壓力用調節閥預先調定。測壓室8的壓力則隨測量間隙Z的變化而變化。間隙大小的變化值由差壓計11的水銀柱高度變化示出，與之比為量儀的放大倍數，

放大倍數為1000～50002023/2/4武漢理工大學機電學院41/55

常采用錐管和浮標來顯示氣體流量的變化。壓縮空氣通過噴嘴7的孔，從間隙Z

流入大氣。通過此環形間隙的空氣流量Q與噴嘴的孔徑d、間隙Z

呈如下函數關系：

該型量儀只能通過浮標讀數，多用于靜態測量成品的尺寸，或在計量室中使用。當需要在加工過程中進行主動檢驗時，——與光電式傳感器聯用，通過光電轉換裝置，將浮標的位置變化轉換成控制信號。4）流量型氣動量儀

當Z增大時Q值隨之增加，反之則減小。流量Q

的變化使浮標3在錐形玻璃管2內作上下移動，通過刻度標尺4顯示測量尺寸的大小。放大倍數為2000～10000測量原理2023/2/4武漢理工大學機電學院42/552023/2/4武漢理工大學機電學院43/55愛德蒙得公司氣動量儀EDMUNDSGAGES2023/2/4武漢理工大學機電學院44/55AQF型浮標式氣動量儀

配上各種測量頭可實現下列測量項目：內徑、外徑、槽寬、孔距、深度、厚度、不圓度、錐度、同軸度、直線度、平面度、平行度、垂直度、通氣度和密封性。AQF型浮標式氣動量儀特點：

1.浮標式氣動量儀是一種新型精密長度測量儀，與氣動測頭（或氣動測量裝置）配套使用，用比較測量方法可對多種機械零件的尺寸與形位公差進行精密測量。特別是對某些機械量具、量儀難以解決的測量，如小孔、深孔、窄槽寬、孔直線度、內錐孔的測量。對垂直度、同軸度等形位公差的測量效