在一條效率高、規劃合理、能可靠地保證產品質量的生產線中，配備高效的檢測設備是必要的條件。以往，檢測技術與生產過程缺乏緊密結合，相比制造設備，企業確實存在不太愿意對前者投資的傾向，但當檢測技術與生產過程的聯系越來越密切時，情況就完全不同了，正因為這樣，各種在線檢測設備獲得了迅速的發展。

在線檢測設備的一個基本要求是能與生產過程良好地匹配，以求最大程度地適應工藝需求。然而，生產工藝的多樣性決定了為滿足不同的特點，使在線檢測設備發展的品種繁多。在此類產品開發中貫徹柔性化好、共用性強的理念，采用包括測量單元在內的高度模塊化的設計方法。

高精度零部件的增加對檢測系統提出的需求

為降低油耗、噪音，提高行駛的動力性，無疑會對汽車的研制、開發提出不少課題。但在制造工藝方面也有很多工作要做，提高關鍵零部件的加工精度和配合精度就是一項重要工作，而且在此基礎上，也為制造新的產品、有高精度要求的零部件創造了條件。

在完成零部件的高精度加工過程中，在線檢測設備發揮的作用在不斷提高，但這又不是單純地靠提高檢測設備的精度來實現的，而是通過加工與檢測兩者的有機結合，既保證了精度，又提高了效率。

如在磨削過程中，依靠機床來保證工件尺寸精度是很困難的，因為受到各機構的變動、砂輪的磨損、各項加工參數的微小變化、導軌和裝夾部分的表面狀態、加工區域的環境以及操作工人的熟練程度等諸多因素的影響。因此，為磨床選取并配置合適的主動量儀系統就顯得十分必要。

圖1 高精度配磨加工

圖1是一種帶有主動測量儀用于噴油泵上的關鍵部件——油咀偶件配磨的主動磨床工作圖。圖中，偶件閥座(套)的內徑的公差雖有30μm，但與柱塞外徑X之間的配合精度要求很高，其間隙的變動范圍需控制在1μm以內，為此采用了圖2所示的測量系統。右側的測量儀工作臺對閥座內徑進行檢測，輸出的信號進入磨床主動測量儀的電控部分，使磨出的與該閥座相配的柱塞尺寸能確保所需的配合精度。為保證實現以上要求，兩種量儀的重復精度應為0.1μm，而磨床的過程能力指數Cp則必須大于1.33。

圖2 高精度配磨加工的主動測量原理

一般情況下，磨加工的節拍在7～8秒左右，頻率較高，為確保配磨的質量，對測量系統中傳感器的各項特性，如線性、溫度特性、重復性、切換性能以及控制軟件的合理性都有很高的要求。

柔性好、可靠性高的測量裝置

與工藝過程相配合的在線檢測設備，無論是主動測量儀、工序間檢具，還是(半)自動檢驗機，即使只是變換被測工件規格，就已經含有調整、更換配件的問題，更不要說遇到其他情況，如改變被測工件品種或面對不同場合。尤其對于測量裝置，調整環節多必然降低其可靠性、穩定性，而種類繁多又給維修、管理增加了困難。圖3是一種新型主動測量儀的測量裝置，由于可任意搭配，很靈活，從而具有高度的柔性和可靠性。這是因為在設計中把傳統的整體測量裝置分解成相對獨立、又能隨意組合的兩部分后，使每個相同的測頭不但體積小，而且結構更簡單、更堅固。由此構成的主動測量系統可用于各種類型磨床的不同磨削加工，也不再受安裝空間狹小的限制。對一些較特殊的情況，如需測桿很長才能伸入被測區域時也能適應，并可保證精度。總之，無論用于什么類型的磨床和出于什么檢測目的(如內徑、外徑、高度、厚度和寬度檢測)都能很好地滿足用戶的要求。還有一個特點是，這種測頭的量程可達到25mm，因此，其使用范圍還能擴大到一些較特殊的場合，象凸輪軸磨床中對凸高的控制等。它甚至還可以應用于除磨加工以外的其他機械加工方式，使提高主動測量儀的柔性真正得以實現。

圖4就是一個典型的實例，通過將三個圖3所示的測頭的有機組合，在磨削過程中可同時測量工件的外徑和長度。采用這樣的測量裝置，減少了量儀檢修時的工作量和難度，特別是當問題出現在測頭內時的情況。而且安裝調試也變得容易，甚至可以在機外進行。另一個優點就是大大提高了整個主動測量系統的可靠性、穩定性，因此，把這種類型的測量裝置廣泛用于生產過程，相應維修工時將會明顯的減少。

圖3 新型柔性化主動量儀的測頭部分

圖4 帶有三個測頭的主動量儀檢測設備

用于工件中心位置變換磨削的主動測量儀

機械制造技術和數控系統的快速發展，使一種在磨削過程中工件中心位置不斷變化的工藝方法也得到了較普遍的應用，為了能在這種類型的磨床上實施主動測量，有一種相應的測量裝置。在這種磨加工過程中，工件中心圍繞主軸軸線回轉，因此對主動測量儀來講，其測頭面臨的是偏心回轉運動，無疑，常規主動量儀的測量裝置都難以使用于這種磨削方式。為了解決這個難題，通過與相關的機床制造廠商合作，開發出了一種特殊的主動測量儀，并且已用于生產。圖5是這種主動測量儀的工作示意圖。

圖5 用于偏心回轉磨削的主動測量儀

圖中顯示了工件中心圍繞主軸軸線回轉的方向和軌跡，以及砂輪的運動狀況，從圖5還可看到，主動量儀的測量裝置是固定在砂輪架的頂面上，其前端的“V”型塊就象一個叉子插向工件，架在工件的上部，為便于操作，“叉子”的外側還設置了一個加長的彈性壓條。測頭位于叉子、即“V”型塊的中央，架在工件上的“V”型塊既起定位(自動定心)作用，又是測量工件外徑時的基準。而測量裝置結構中的彈性件，可確保磨削過程中“V”型塊緊貼著工件，整個測量裝置相當于一個跟蹤機構，始終伴隨著進行偏心回轉的工件，準確地實施在線檢測。這種形式檢測裝置的開發成功，解決了偏心磨削加工中采用主動測量的難題。因為偏心磨削方式相對傳統的磨加工工藝有其優越性，在生產中的應用不斷增加，故對主動量儀的需求也在遞增。

在生產過程中采用的絕對測量方式

長期以來，用于生產過程中的檢測設備采取比較測量方式的居多。這種方式雖然有測試精度和工作效率較高的優點，但在“柔性”上有局限性。故在某些場合，應用絕對測量方式的在線檢測系統也發揮著不小的作用，這在一些對柔性要求較高的場合更為突出，甚至出現了把三坐標測測量機直接配置在生產線上的情況。但是，最有代表性的例子還是把觸發式探頭用于數控機床、加工中心，由于現成的數控系統和專門的測量程序運行方便，所以大多用于檢測工件或刀具的位置、狀態。這類系統最大的特點是柔性好、成本低，尤其在那些相對來說生產節奏較慢時，可提供較充裕測量時間的工序。圖6是配置在一臺加工中心上的觸發式測頭正在工作的實例。

圖6 觸發式測頭對工件的絕對測量

此外，利用激光和紅外線非接觸光學檢測原理的絕對測量方式在生產過程中也有所應用。雖然這一類方式往往受到環境條件的制約，但因為它們具有迅速地進行高精度絕對測量的能力，且隨著相應的應用軟件的開發不斷取得進展，故在生產過程中的應用領域正在擴大。圖7是采用紅外線/CCD攝影方式的測量原理示意圖。圖8是利用這種測量原理對軸類零件進行外徑檢測的實例，圖示設備可對直徑變化范圍達40mm的工件進行連續多點測量。儀器的分辨率為0.1μm。測量精度U95=3μm，重復性為1μm。目前，正在研制能適用直徑變化達80mm的檢測設備。這種在線檢測儀器最適合生產線中那些需100%進行測量的工序。

圖7 紅外線/CCD攝象測量原理示意圖

圖8 非接觸式凸輪軸測量儀

凸輪軸最終檢驗機圖

凸輪軸磨削工藝的不斷改進已持續多年。最近，依靠采用CBN(立方氮化硼)砂輪又進一步提高了切削速度、生產效率。在汽車零部件中，凸輪軸成形磨削被認為是要求最為苛刻的加工工序之一，在高效磨削過程中，由于機械部件可能產生的微小變化、砂輪狀態的變化或其他工作參數的變化都會直接影響凸輪廓形的制造精度。另一方面，為減少能源的消耗，對汽車發動機中凸輪軸的形狀和尺寸精度的要求也越來越高。因此，在凸輪軸生產線的終端設置進行全數檢查工位的做法越來越多。為此，開發了功能豐富的自動檢驗機，圖9是其中一種的測量部分近視圖，通過采用多個絕對測量傳感器件對凸輪軸各項參數進行檢測。圖10是被測工件及其傳感器(測頭)在其上的布置情況，從圖中可見，在每個需控制的凸輪軸頸上，都布置有一對對向傳感器，而且對于前者，還能通過其中一個測頭偏移一段距離實現錐度測量。在檢測凸輪時，采取了參照相鄰兩軸頸的測量結果，先建立作為基準的中心線，然后測量其升程和相位角，確保了測值的可靠性。除進行軸頸、凸輪一系列參數的檢測外，還能完成凸輪的速度、加速度以及與基圓相關的各種參數的測量。整個過程在不到20秒之內完成，因此，這臺設備既可以放在線外作工件最終檢查之用，也可以串聯在自動生產線之內，作為一個檢測工位，100%地對通過的凸輪軸實施測量。

圖9 凸輪軸綜合檢驗機測量部分圖

圖10 凸輪軸綜合檢驗機測點布置圖

融入生產過程的無損在線檢測

在生產過程中，對零部件(如凸輪軸)實施無損檢測的要求已越來越迫切，測試內容包括：材質不良、制造缺陷、磕碰傷和磨削燒傷(痕)等。目前，采用渦流探測原理研制的在線無損檢測設備已成功地用于發動機中的曲軸、凸輪軸，變速箱中的驅動軸等軸類、桿類汽車零部件的生產線，而且設備的軟、硬件系統已實現了標準化。這種設備的工作效率很高，能在很短時間內對全部被測表面完成檢測。圖11為了凸輪軸上各個凸輪被順序進行測試的過程，探頭不動，而工件回轉。圖12是另一種全自動無損檢測設備測試部分的近視圖，被檢對象也是凸輪軸，與圖11不同的是，針對需測試的10個凸輪，該設備配置了10個測頭，因此回轉一周即能完成對工件的檢測，耗時僅16秒，效率很高。

圖11 凸輪無損檢測工作圖

圖12 全自動多測頭無損檢測設備的測定部分

目前，配置在生產現場，用于工件過程檢測的儀器、設備品種越來越多，但很多尚處在研制開發階段。至于用作對采集的測試數據進行處理和統計分析，以及相關的網絡傳輸系統，則是另一類產品。