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摘要：机械加工是制造行业的基础作业，也是最基本最活跃的环节，为了能够降低生产成本、提高生产效率、保证产品质量，机械加工在线测量技术是目前急需研究开发的关键技术，尤其是小批量的生产多品种的情况下，线测量技术就发挥了重要的作用。在线测量技术是指零件在加工过程中通过在线测量系统在保持零件位置不变的情况下直接对其进行测量的新技术。如今国内已经认识到在线测量技术的重要性，从而进行了深入的研究，并且广泛地应用于实际的生产测量中。传统的零件测量方法通常采用离线测量，不仅耗费大量的时间，而且成本比较高，在测量精度上也存在着一定的局限性，制约了机械加工技术的发展。所以，对国内外机械加工中测量技术的现状和发展趋势进行总结和分析是具有重要的现实意义的。
关键词：现代机械加工；在线测量；技术发展；应用
20世纪70年代，各种精密、超精密加工技术开始快速发展。为了保证这些精密加工技术的其配套的测量设备也开始大力发展。例如在机械加工中精密切削和磨削加工，其表面的粗糙度，轴承的同轴度等都需要在加工过程中获取其数据，而就需要在线测量技术。在线测量技术的发展不仅仅是将机械工业推向了个快车道，而且也将机械产品质量提升到了新高度。在这种政策环境和背景下，大力发展在线测量技术，推广在机械加工中的应用，有利于我国改革进程的深入发展。
1在线测量概念及目的
在线测量技术概念可分为两层在线和测量，在线的含义就是针对在加工过程中的零件或者工具，测量是指对这些加工过程中的零件和工具进行参数获取和检测。这种测量方式相较于传统的测量模式，有自己独特的优势，首先在线测量能够实施反馈加工零件或工具的加工情况。若有问题可以及时发现，并对参数进行调整，进而保证零件或工具的成品率，环保经济高效，其次，通过在线测量技术保证了同一批次产品的质量处于一个极小的偏差范围内，保证了产品的质量，提高批量生产质量，最后，在线测量技术，还可以将检测数据进行汇总，有利于企业技术人员或者管理人员对于生产线的调整或者工艺的改进，在保证质量的同时，提高了公司的效益。
2在线测量的系统组成和测量方法特点
2.1在线测量的系统组成
在线测量系统的核心部件就是具有测头功能，它能够实现产品在生产过程中的实时测量。因为测头功能的出现，为产品在生产过程中的测量提供了便利性，帮助操作人员解决了很多的难题。通过测头功能，可以对产品在生产过程中的参数进行测量，不仅能够实时测量产品数据，而且可以对产品的整体外观性能做出有效评估，通过测头功能的应用，不仅提高了产品的准确度，而且减轻了离线测量的烦琐性和工作量，实现生产流水线式快速测量。
2.2在线测量的方法特点
目前，在线测量技术在机械加工的车削和磨削过程中，使用的最为广泛。在线测量技术主要的测量参数包括：零件直径和车削过程中圆度、圆柱度和零件表面粗糙度等。在线测量的准确度取决于测量传感器的精确，因为其直接获取产品生产过程中的第一手资料，然后进行信息输送，但是因为机械加工是一个比较复杂的工作，很多的因素都会影响到传感器的工作准确性。比如，机床的震动和产品的温度，都会对测量准确度产生影响，如果这些因素对传感器造成一定的影响，就会对测量结果产生偏差。因此，在线测量过程中，传感器的选择也是非常重要的，目前常用的传感器种类有：机械式传感器、电子式传感器、超声波式传感器、光学式传感器和气动式传感器。这些传感器都有自己的各自特点和应用场景，但是都具有系统的优点和缺点，只能根据工作量或者工作准确度要求，进行合理选择或者多个传感器进行组合使用。
3在线测量的系统组成和测量方法
3.1系统组成
在线测量系统作为在线测量装置的大脑部件，其依托计算机技术，利用控制系统程序进行操控，其主要系统包括动态定位装置用于确定机械加工工具和零件的位置；伺服系统又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统，控制系统是将测量系统和机械机床进行连接的系统，进而保证机械工具的联动性；信息反馈系统是将信息监测数据进行收集对比，进而保证加工的统一性，系统组成如图1所示。在工作过程中，将柔性的或固形测量探头按照程序设定进行监测，该装置可以输入产品的信息，并且在系统的反馈系统，可以将检测数据实时的反馈给系统，系统就会将检测数据和预先输入的数据进行对比，并将对比结果反馈给控制系统进而协助调整产品加工。这种实时的系统数据监测有利于对于不利因素进行规避和调整，简化了机械加工的工序和流程，实现了同步加工和测量的生产加工模式。
3.2常用测量技术应用与不足
在机械加工中，在线测量技术常用于车削加工、磨削加工以及铣削加工中，主要的测量的参数有圆度、圆柱度以及零件表面的粗糙度等参数。而且计算机技术的发展，各种功能强大的数控机床都拥有着测量系统。但是仍存在一些问题，主要体现在：第一，有待于提升的抗干扰能力，来保证准确度和分辨力；第二，数据反馈系统需要提升，在数据对比到加工调整需要及时做出反应；第三，测量系的功能多元化有待提升，主要体现在很多测量系统只能针对某一类参数而不能进行综合的产品检测；第四，对于复杂的加工环境需要不断提升，例如车床的振动，温度的变化都是对于测量结果有着重要影响；第五，加工和测量相辅相成的能力有待提升。
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3.3测量技术
3.3.1机械式传感器
这种测量方式，是通过直接接触的方式进行的，这种测量方式被应用于车削和磨削中，这种测量方式数据处理简单，测量范围大，不需要特别严苛的工作环境，但是其测量精准度较低，并且因为接触点磨损，准确度也有待提高。
3.3.2电子式传感器
电子式传感器的探头主要是利用电容传感器进行测量，相比较于机械式测量，其测量误差较小，尤其是轴性零件的圆度、圆柱度可进行间接测量，但是其主要不足是测量间隙不再其测量范围之内，限制其应用。
3.3.3超声波式传感器
超声波测量工具，常用语带有切削液的机械加工工具中，而且超声波测量为非接触式测量，切削液将切屑带走，不影响测量结果，实现了对于机械零件和工具的在线测量，其有良好的准确性和精确度，但是稳定性有待于提升。
3.3.4光学式传感器
和超声波传感器相同，光学式传感器也是非接触测量。探头和零件不会有接触磨损，可以对零件的直径或者尺寸进行测量，尤其是在平面度测量过程中，有着其独特的优势，但是其测量受到了工作环境的影响，也就限制其应用。
4在线测量技术的应用
机床在线测量的准确度取决于数据系统和测量系统的工作性能。对于数据系统来说，主要是对测量信号能够有效进行处理，主要通过一些软件进行产品参数的分析处理，获取测量结果。而对于测量系统来说，主要是传感器组件，其对产品在生产过程中的数据进行采集，发送给数据处理系统。
4.1FANUC系统测量功能的调用
数控加工在线测量过程中，常用的测量系统为FANUC系统，这个系统由指令G31进行调用，分为高速跳转和普通跳转两种接口。不管哪种接口方式，最为主要的就是要设置好相应的参数，以保证对产品流水线上的产品实现在线测量工作。FUNUC系统的最大特点就是可以进行程序编辑功能，根据产品的相关指标和性能，进行系统设定，以保证测量数据的实用性。
4.2实现刀具测量及监控方法
对刀仪分为接触式和非接触式刀具，这两种方式都有自己的特点。接触式对刀仪价格相对便宜，测量结果也更为准确，但是其处理工作效率较低，并且对于操作人员的技术水平要求较高，如果人为操作不当，很容易造成对设备的损坏。而非接触式对刀仪，主要靠计算机设备进行控制。通过设置基座，将测量设备进行固定，确定基础位置信息，完成对产品的测量工作。非接触式测量方式处理效率较高，测量准确度可靠，但是由于其需要配套的数控处理系统，成本相对较高。刀具在测量过程中，最为关键的就是要保证刀具测量语句的正确性，因为测量语句是计算机语言，如果程序编写的有问题，计算机就不能有效识别，对测量结果产生不准确输出，影响操作人员的判断。并且做好相应的测量程序编写，可以对测量过程中遇到的障碍进行反馈，以免硬性操作，对接触式测量设备产生损害。
5测量技术研究与发展
通过上文的分析研究，发现现有的测量技术被广泛应用于车削和磨削中，针对这种情况，测量技术往一下方向发展，提高应用范围，利用光学传感器或者超声波传感器，来实现铣削、刨削的应用。对于测量范围，应该发展曲线、曲面的柔性检测装置，来实现对于复杂界面的参数监测。对于测量自动化方面，可以将测量传感器和刀具进行相辅相成，测量时传感器靠近零件，加工时刀具靠近零件，可以自动进行转换。在对于温度度方面，需要研发各种专用的探头，例如耐高温的测量工具，可矫正的振动测量系统，通过这些系统的革新和改进保证了复杂环境下的使用。最后，仍需要加大智能化的发展，将测量数据能够和产品生产工序以及管理系统有机的结合，实现了智能化管控，智能化调整，提供有效的信息来反馈到决策层。
我国机械加工产品技术水平相对较低，主要是产品的准确度上误差较大，这和传统的离线测量有着密切的关系。在线测量技术的出现，可以实现产品生产过程中的测量，有效地降低产品的不合格率，由于残次品量的减少，降低生产成本。因此，在线测量对于机械加工产品具有重要的技术优势。机械测量技术的应用，可以实现产品测量的实时性和智能化，对产品生产过程中出现的偏差进行反馈，然后系统进行处理。比如，随着产品的加工进行，机床刀具就有可能出现磨损或者钝化，这时候生产的产品在规格或者外观表面上就会与之前产品存在差距，通过在线测量技术，就可以将这些细微的差别，进行测量出来，通过更换刀具或者调整加工参数，对产品进行修正。但是，目前我国在线测量技术在实际的应用中，也存在着很多的问题。比如测量内容单一，准确度还有待提高，整体的测量提升空间较大。在线测量技术通过坐标系的引入，精确控制传感器数据采集的准确性，并且技术人员通过不断地进行产品分析，创新测量方法，实现更高技术水平的测量效果。
结论
在线测量技术被广泛应用，通过这些测量技术可以提高我国机械行业工具和零件的精加工和精密加工，并且在提高产品质量，减少偏差方面都具有良好的效果。在线测量技术的自动化和智能化水平，使数控加工行业步入了新的时代。并且在线测量技术也展现出巨大的技术优势，提高了生产效率，提升了产品品质，降低了生产成本，通过其不断完善改进，将会在更多的生产领域发挥作用。在线测量技术在机械加工中的广泛应用，有效提高了机械生产自动化程度，推动机械加工步入了一个新阶段。但从整体情况来看，还存在或多或少的问题和不足，不利于机械加工技术的发展，这就要求技术人员加强对其的研究，不断总结和完善已有的技术，以创新出更具适用性的测量技术，为提高机械加工的生产效率作出重要贡献。
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论文作者:王志远
论文发表刊物:《科技新时代》2018年8期
论文发表时间:2018/10/22
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