自動(dòng)化制造系統(tǒng)的加工過(guò)程中，為了保證加工質(zhì)量和系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和加工過(guò)程進(jìn)行檢測(cè)與監(jiān)控（如下圖所示）。運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)監(jiān)控功能主要是檢測(cè)與收集自動(dòng)化制造系統(tǒng)各基本組成部分與系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)的信息，把這些信息處理后，傳送給監(jiān)控計(jì)算機(jī)，對(duì)異常情況作出相應(yīng)處理，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。加工過(guò)程檢測(cè)與監(jiān)控功能主要是對(duì)零件加工精度的檢測(cè)和加工過(guò)程中刀具的磨損和破損情況的檢測(cè)與監(jiān)控。

檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的組成圖

1、運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)與監(jiān)控

自動(dòng)化制造系統(tǒng)中，需要檢測(cè)與監(jiān)控的運(yùn)行狀態(tài)通常包括：

（1）刀具信息  是指：①刀具是否損壞；②屬于哪臺(tái)機(jī)床；③刀具型號(hào)；④損壞的形式；⑤有無(wú)備用刀具；⑥是否已處理；⑦刀具使用情況統(tǒng)計(jì)等。

（2）機(jī)床狀態(tài)信息  是指：①機(jī)床是否在正常使用；②機(jī)床主軸工作情況；③機(jī)床工作臺(tái)工作情況；④換刀機(jī)構(gòu)工作情況；⑤影響加工質(zhì)量的振動(dòng)情況；⑥主要的繼電器情況；⑦停機(jī)時(shí)間等。

（3）系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息  是指：①小車(chē)位置狀態(tài)；②小車(chē)空閑情況；③托盤(pán)位置；④托盤(pán)空閑情況；⑤托盤(pán)站空閑情況；⑥工件的位置；⑦機(jī)器人工作狀態(tài)；⑧清洗站是否有工件；⑨中央刀具庫(kù)刀具情況等。

（4）在線尺寸測(cè)量信息  是指：①合格信息；②不合格信息(包括可返工、報(bào)廢、尺寸變化趨勢(shì)、工件質(zhì)量綜合信息等)。

（5）系統(tǒng)安全情況信息  是指：①電網(wǎng)電壓情況；②火災(zāi)情況；③溫度情況；④濕度情況；⑤人員情況等。

（6）仿真信息  是指：①零件的數(shù)控程序是否準(zhǔn)確；②有無(wú)碰撞干涉情況；③仿真綜合結(jié)果情況等。

2、工件尺寸精度檢測(cè)方法

工件尺寸精度是直接反映產(chǎn)品質(zhì)量的指標(biāo)，因此在許多自動(dòng)化制造系統(tǒng)中都采用測(cè)量工件尺寸的方法來(lái)保證產(chǎn)品質(zhì)量和系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

（1）直接測(cè)量與間接測(cè)量  直接測(cè)量的測(cè)得值及其測(cè)量誤差，直接反映被測(cè)對(duì)象及測(cè)量誤差（如工件的尺寸大小及其測(cè)量誤差）。在某些情況下，由于測(cè)量對(duì)象的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)或測(cè)量條件的限制，要采用直接測(cè)量有困難，只能通過(guò)測(cè)量另外一個(gè)與它有一定關(guān)系的量（如通過(guò)測(cè)量刀架位移量控制工件尺寸），即為間接測(cè)量。

（2）接觸測(cè)量和非接觸測(cè)量  測(cè)量器具的量頭直接與被測(cè)對(duì)象的表面接觸，量頭的移動(dòng)量直接反映被測(cè)參數(shù)的變化，稱(chēng)為接觸測(cè)量。量頭不直接與工件接觸，而是借助電磁感應(yīng)、光束、氣壓或放射性同位素射線等強(qiáng)度的變化來(lái)反映被測(cè)參數(shù)的變化，稱(chēng)為非接觸測(cè)量。由于非接觸測(cè)量方式的量頭不與測(cè)量對(duì)象發(fā)生磨損或產(chǎn)生過(guò)大的測(cè)量力，有利于在對(duì)象的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中測(cè)量和提高測(cè)量精度，故在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，非接觸測(cè)量方式的自動(dòng)檢測(cè)和監(jiān)控方法具有明顯的優(yōu)越性。

（3）在線測(cè)量和離線測(cè)量  在加工過(guò)程或加工系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)稱(chēng)為在線檢測(cè)或在線檢驗(yàn)，有時(shí)還對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)分析處理后，通過(guò)反饋控制系統(tǒng)調(diào)整加工過(guò)程以確保加工質(zhì)量。如果在被測(cè)加工對(duì)象加工后脫離加工系統(tǒng)再進(jìn)行檢測(cè)，即為離線測(cè)量。離線測(cè)量的結(jié)果往往要通過(guò)人工干預(yù)，才能輸入控制系統(tǒng)調(diào)整加工過(guò)程。在線測(cè)量又可分為工序間（循環(huán)內(nèi)檢測(cè)）和最終工序檢測(cè)。工序間檢測(cè)可實(shí)現(xiàn)加工精度的在線檢測(cè)及實(shí)時(shí)補(bǔ)償，而最終工序檢測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的最終檢驗(yàn)與統(tǒng)計(jì)分析。

3、刀具磨損和破損的檢測(cè)方法

（1）刀具、工件尺寸及相對(duì)距離測(cè)定法  測(cè)量刀具和工件尺寸一般采用接觸式測(cè)頭，測(cè)頭的安裝方式有兩種：一種是安裝在機(jī)床床身上測(cè)量刀具的尺寸，稱(chēng)為刀具測(cè)頭；一種是相當(dāng)于一個(gè)特殊刀具，安裝在機(jī)床主軸或刀架上測(cè)量工件的尺寸，稱(chēng)為工件測(cè)頭。通過(guò)在線測(cè)量刀具的位移量和工件新表面的位移量確定刀具的磨損量。

（2）放射線法  在刀刃的磨損部分滲入部分同位素，通過(guò)測(cè)量同位素的輻射量的大小來(lái)確定刀具的磨損量（或破損量）。

（3）電阻法  其基本原理是：隨著刀具磨損量的增加，刀具與工件的接觸面增大，因而刀具—工件的接觸電阻減少；或把一種精密的電阻材料均勻的涂在刀具的后表面上，隨著磨損量的增加，電阻材料不斷減少，電阻逐漸下降。

（4）光學(xué)圖象法  光學(xué)方法是利用磨損區(qū)比未磨損區(qū)具有更強(qiáng)的光發(fā)射能力的原理，把一束強(qiáng)光照射在后刀面上，根據(jù)發(fā)射光的強(qiáng)度來(lái)判定刀具的使用情況。

（5）切削力法  測(cè)力儀的安裝根據(jù)加工條件而定。一般情況是：在車(chē)床上將其安裝在刀架或刀桿上；在銑床、鉆床等機(jī)床上，則將其安裝在工作臺(tái)上。利用切削力監(jiān)測(cè)刀具狀態(tài)有多種實(shí)施方案，利用主切削力FX,FY之比FX/FY或FY/FX及其變化率d（FY/FX）/dt綜合地監(jiān)測(cè)刀具的磨損和破損。此外，還可用機(jī)床的主軸扭矩和軸承力來(lái)監(jiān)測(cè)刀具的切削狀態(tài)。

（6）切削溫度法  測(cè)量切削溫度主要有三種方法：熱化學(xué)反應(yīng)法、磁輻射法、熱電勢(shì)法。應(yīng)用較多的是熱電勢(shì)法，它以熱電偶作為測(cè)量元件，把熱電偶嵌入刀具中可以測(cè)量切削溫度，以監(jiān)測(cè)刀具的磨損。切削溫度法不適用于斷續(xù)切削的情況，且不能用來(lái)監(jiān)測(cè)刀具的破損。

（7）切削功率法  磨損刀具消耗的功率比鋒利刀具大，切削功率（主電動(dòng)機(jī)功率、進(jìn)給電動(dòng)機(jī)功率）反映了切削力的大小。功率的測(cè)量可以采用交流互感器、直流互感器、霍耳功率計(jì)、分流分壓器等。功率法的優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)獲取簡(jiǎn)單、可靠，傳感器便于安裝，便于在生產(chǎn)中推廣。但功率信號(hào)中的刀具磨損及破損信息較弱，靈敏度低。

（8）振動(dòng)法  將加速度傳感器安裝在機(jī)床工作臺(tái)或刀架上，測(cè)量機(jī)床的振動(dòng)信號(hào)，然后對(duì)其進(jìn)行時(shí)域和頻域分析，得出刀具的狀態(tài)信息。

（9）噪聲分析法  測(cè)量并分析機(jī)床的噪聲信號(hào)可以監(jiān)測(cè)刀具的狀態(tài)。一般說(shuō)來(lái)，利用噪聲信號(hào)中某一頻段的能量來(lái)監(jiān)測(cè)刀具狀態(tài)更為有效。但此方法受環(huán)境干擾大。

（10）聲發(fā)射法  在材料發(fā)生塑性變形或破裂時(shí)，會(huì)釋放出瞬時(shí)的彈性能，并以超聲頻率的聲脈沖波強(qiáng)度變化形式表現(xiàn)出來(lái)。聲發(fā)射信號(hào)的頻率范圍為幾萬(wàn)Hz到幾十萬(wàn)Hz，當(dāng)?shù)毒卟畈欢嗥茡p時(shí)，聲發(fā)射強(qiáng)度增加到正常值的3～7倍。

（11）加工表面粗糙度法  在切削過(guò)程中，當(dāng)加工表面的表面粗糙度超差時(shí)，就認(rèn)為刀具已不能再使用。表面粗糙度的測(cè)量，可以采用光干涉法和接觸探針?lè)ā?

目前，各國(guó)對(duì)刀具的磨損和破損的監(jiān)測(cè)仍處于研究階段，實(shí)用化的商品還比較少。普遍認(rèn)為有發(fā)展前景的監(jiān)測(cè)方法有：切削力（扭矩）法、振動(dòng)法、功率（電流）法和聲發(fā)射法等。