利用高精度光纖間距傳感器進(jìn)行機(jī)床監(jiān)控

　　想要經(jīng)濟(jì)地處理能源和資源問(wèn)題，機(jī)床和設(shè)備就必須在連續(xù)的使用過(guò)程中被監(jiān)控。為此，一種易于集成的傳感器技術(shù)便成為及時(shí)進(jìn)行機(jī)床和設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)，保證產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，避免停機(jī)故障和改善生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。

　　高精度的生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控需要直接來(lái)自生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)作為保障，這些數(shù)據(jù)應(yīng)該由那些安裝在機(jī)床設(shè)備上的傳感器來(lái)提供。而負(fù)責(zé)這種檢測(cè)監(jiān)控任務(wù)的傳感器大多數(shù)都是光纖傳感器，即有著極高檢測(cè)精度得微型化光纖傳感器，使其能夠方便得集成在機(jī)床、設(shè)備和檢測(cè)儀器中，能夠很好得完成監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿?wù)。

　　利用由Fraunhofer IPT研究所研發(fā)設(shè)計(jì)的間距檢測(cè)傳感器，能夠在多個(gè)不同的檢測(cè)位置同時(shí)完成對(duì)被加工零件的形狀和位置誤差的納米級(jí)精度檢測(cè)。這種技術(shù)在航空航天、汽車制造、印刷機(jī)械制造和光學(xué)設(shè)備制造領(lǐng)域中都能夠得到很好的應(yīng)用。

　　這種檢測(cè)技術(shù)適合于那些傳統(tǒng)檢測(cè)解決方案因安裝使用空間有限，以及傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)無(wú)法滿足檢測(cè)精度的場(chǎng)合。這種傳感器的檢測(cè)頻率很高，檢測(cè)誤差明顯的小于高精度檢測(cè)儀，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)床和設(shè)備在超精密級(jí)范圍內(nèi)的在線檢測(cè)，如機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸和導(dǎo)軌移動(dòng)的監(jiān)控以及傳動(dòng)軸的監(jiān)控。

　　Fraunhofer研究所研發(fā)的這種檢測(cè)系統(tǒng)基于短波激光干涉原理，主要由兩個(gè)相干性激光部件組成。其中的第一個(gè)是純光學(xué)的全光纖技術(shù)元件（SLD1），第二個(gè)則是Michelson激光干涉器（SLD2）。這種檢測(cè)儀器的檢測(cè)距離大約為500μm，清晰度達(dá)1nm的檢測(cè)范圍約80μm。

　　Fraunhofer IPT研究所研發(fā)的這個(gè)系統(tǒng)是基于激光短相干的工作原理，其主要部件為兩個(gè)相干性激光部件單元，其中的第一個(gè)是純光學(xué)的全光纖技術(shù)元件（SLD1），第二個(gè)則是Michelson激光干涉器（SLD2）這種傳感器用光波電纜（LWL）連接，電纜的外徑尺寸為0.4～3mm。對(duì)于剛性要求較高的傳感器，可以將其安裝在CFK或鎳鈦復(fù)合材料的金屬殼中。

　　最后，將兩種信號(hào)在Michelson干涉器中進(jìn)行解碼。微型傳感器和檢測(cè)裝置集式在一起而檢測(cè)結(jié)果的最終評(píng)判裝置無(wú)需安裝在檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)。另外，這種檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)還允許在一個(gè)檢測(cè)評(píng)判單元中使用多個(gè)檢測(cè)傳感器。利用光纖轉(zhuǎn)換開關(guān)可以快捷方便地在各個(gè)傳感器之間進(jìn)行切換。

　　由此在Michelson干涉器中而得到的光柵圖將用CCD電荷耦合式攝像機(jī)進(jìn)行解碼，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行下一步的數(shù)據(jù)處理。檢測(cè)間距和檢測(cè)范圍取決于傳感器信號(hào)（焦距）和折光鏡的角度以及其與激光射束之間的間距。與其他的檢測(cè)系統(tǒng)相比較，這種檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于它沒有類似于線性調(diào)節(jié)器或壓電發(fā)生器之類的區(qū)別檔位的機(jī)械零部件。

　　CCD電荷耦合式攝像機(jī)的特性解碼：

　　當(dāng)被測(cè)物體進(jìn)入到檢查范圍之內(nèi)后，將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)由CCD電荷耦合式攝像機(jī)解碼的固有特征干涉光樣本。利用干涉信號(hào)的橫向位置在CCD芯片中對(duì)被測(cè)物體的間距進(jìn)行補(bǔ)償，并把間距調(diào)節(jié)量換算成圖像的像素點(diǎn)數(shù)。

　　由數(shù)據(jù)匹配儀器和傳感器構(gòu)成的整套系統(tǒng)由Fraunhofer IPT研究所在Achen建立的Fionec有限責(zé)任公司進(jìn)行生產(chǎn)和銷售。

　　在這個(gè)系統(tǒng)中，旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)體零部件的圓度和圓跳動(dòng)對(duì)檢測(cè)的精度、噪聲和整個(gè)系統(tǒng)的磨損有著重要的影響，源于它們的錯(cuò)誤信號(hào)應(yīng)在生產(chǎn)加工過(guò)程中及時(shí)的予以識(shí)別并排除，其中包括機(jī)床重要的零部件，如輸出軸、轉(zhuǎn)子、主軸、軋輥（支撐輥和工作輥）和導(dǎo)向輥。在這些回轉(zhuǎn)體零件上應(yīng)安裝傳感器，以便采集重要的生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)，及時(shí)地采取必要措施。

　　在這種檢測(cè)方法中，旋轉(zhuǎn)零部件工作時(shí)在外力作用下可能產(chǎn)生的變形（可在多個(gè)不同的檢測(cè)點(diǎn)對(duì)旋轉(zhuǎn)零部件在外力作用下的變形進(jìn)行檢測(cè)），在生產(chǎn)工作過(guò)程中出現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)零部件表面磨損和形狀磨損（剝離、粘附、表面擠壓碎裂和摩擦）等可以是重要的被檢測(cè)參數(shù)。

　　這種技術(shù)可以直接應(yīng)用于如印刷領(lǐng)域中，在這個(gè)領(lǐng)域中，軋輥類零部件的圓度和圓跳動(dòng)誤差對(duì)印刷品的質(zhì)量有著直接的影響。另一個(gè)可以直接采用這種檢測(cè)技術(shù)的領(lǐng)域是軋輥生產(chǎn)企業(yè)，因?yàn)檫@個(gè)領(lǐng)域中需要對(duì)生產(chǎn)光導(dǎo)塑料薄膜軋輥表面的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)。