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第1章 传感器的基本原理 1

1.1 传感器在制造业中的作用和应用范围 1

1.1.1 制造业 1

1.1.2 制造业中的加工单元 1

目录 1

1.1.3 传感器 2

1.1.4 监控系统的需求和作用 3

1.1.5 发展趋势 4

1.1.6 参考文献 5

1.2 制造业中传感器的原理 5

1.2.1 绪论 5

1.2.2 基本传感器的分类 8

1.2.3 基本传感器的类型 10

1.2.3.1 机械传感器 10

1.2.3.2 热传感器 13

1.2.3.4 磁传感器 14

1.2.3.5 辐射传感器 14

1.2.3.3 电传感器 14

1.2.3.6 化学传感器 15

1.2.4 新趋势——信号处理和判定 15

1.2.4.1 背景 15

1.2.4.2 传感器组合 17

1.2.5 总结 18

1.3.1 绪论 19

1.3.2 传感器的作用和检测目标 19

1.3 机械制造业中的传感器——要求、需求、限制条件、信号处理、通讯技术和人机界面 19

1.2.6 参考文献 19

1.3.3 对传感器和检测系统的要求 21

1.3.4 限制条件 25

1.3.5 信号处理和转换 26

1.3.5.1 模拟信号处理 26

1.3.5.2 A/D转换 27

1.3.5.3 数字信号处理 29

1.3.6 识别和判定 32

1.3.6.1 识别和判定的策略 32

1.3.6.3 神经网络 33

1.3.6.2 图形识别 33

1.3.6.4 模糊推理 34

1.3.7 通讯和传输技术 35

1.3.8 人机接口 36

1.3.9 参考文献 36

第2章 机床和机器人中的传感器 37

2.1 位置测量 37

2.2 定向传感器 48

2.3 机床和机器人的校准 50

2.4 碰撞检测 52

2.5 机床的监控和诊断 55

2.6 参考文献 60

第3章 工件中的传感器 61

3.1 宏观几何特征 61

3.1.1 机械测量方法 61

3.1.1.2 量角器 62

3.1.1.3 千分尺 62

3.1.1.1 游标卡尺 62

3.1.1.4 百分表 64

3.1.1.5 度盘规比较仪 65

3.1.1.6 杠杆式百分表 65

3.1.2 电子测量方法 65

3.1.2.1 电阻位移传感器 66

3.1.2.2 电容式位移传感器 66

3.1.2.3 电感式位移传感器 67

3.1.2.5 电容步进传感器 69

3.1.2.4 电磁步进传感器 69

3.1.2.6 电感步进传感器 70

3.1.3 机电测量方法 70

3.1.3.1 接触式触发探测器 72

3.1.3.2 连续测量的探测器系统 72

3.1.4 光电测量方法 73

3.1.4.1 步进方法 73

3.1.4.2 绝对测量方法 75

3.1.5.1 摄像机计量 76

3.1.5 光学测量方法 76

3.1.5.2 投影方法 77

3.1.5.3 尖端三角测量 78

3.1.5.4 光截面方式 78

3.1.5.5 条形投影 78

3.1.5.6 经纬仪测量系统 79

3.1.5.7 照相测量方法 79

3.1.5.8 干涉仪距离测量 79

3.1.6 气动测量系统 81

3.1.5.10 自动聚焦方式 81

3.1.5.9 干涉仪外形测试 81

3.1.7 补充读物 83

3.2 微观几何特征 83

3.2.1 接触测量方法 83

3.2.1.1 参考面接触探测系统 84

3.2.1.2 滑动系统 84

3.2.1.3 双滑动系统 85

3.2.2 光学测量方式 85

3.2.2.1 白光干涉仪测量方法 86

3.2.2.2 散光方式 87

3.2.2.3 斑点相关 87

3.2.2.4 切线入射X射线反射计 89

3.2.3 探针测量方式 89

3.2.3.1 扫描电子显微镜 89

3.2.3.2 扫描隧道显微镜 91

3.2.3.3 扫描近场光学显微镜 92

3.2.3.4 扫描电容显微镜 93

3.2.3.5 扫描热显微镜 94

3.2.3.6 原子力显微镜 95

3.2.3.7 磁力显微镜 98

3.2.3.8 侧力显微镜 99

3.2.3.9 相位检测显微镜 99

3.2.3.10 力调制显微镜 101

3.2.3.11 电力显微镜 102

3.2.3.12 扫描近场声学显微镜 102

3.3 物理属性中的传感器 103

3.2.4 补充读物 103

3.3.1 绪论 104

3.3.2 试验室参考技术 106

3.3.3 过程参量传感器 106

3.3.3.1 力传感器 106

3.3.3.2 功率传感器 108

3.3.3.3 温度传感器 109

3.3.3.4 声学传播传感器 110

3.3.4 刀具中的传感器 114

3.3.5 工件中的传感器 115

3.3.5.1 涡电流传感器 116

3.3.5.2 微磁传感器 116

3.3.6 参考文献 120

4.1.1 铸造 122

4.1.1.1 绪论 122

4.1.1.2 与熔体接触的传感器 122

4.1 铸造和粉末冶金 122

第4章 过程监控传感器 122

4.1.1.3 不与熔体接触的传感器 126

4.1.1.4 总结 133

4.1.1.5 参考文献 133

4.1.2 粉末冶金 135

4.1.2.1 绪论 135

4.1.2.2 金属粉末的混合 136

4.1.2.3 金属粉末的压制 138

4.1.2.4 烧结过程 141

4.1.2.5 参考文献 147

4.2 金属成型 147

4.2.1 冲压过程中的传感器 147

4.2.1.1 传感器和过程信号 148

4.2.1.2 传感器位置 149

4.2.1.3 传感器应用 150

4.2.2 金属板件成型过程中的传感器 156

4.2.2.1 深冲压过程和信号 156

4.2.2.2 材料性质 157

4.2.2.3 润滑油 158

4.2.2.4 深冲压加工中的过程控制 160

4.2.3 锻造过程中的传感器 164

4.2.3.1 传感器在锻造过程中的应用 164

4.2.3.2 传感器的应用和界限 168

4.2.3.3 力和路径的典型信号 170

4.2.3.4 过程监控 171

4.2.4 参考文献 174

4.3 切削过程 175

4.3.1 绪论 175

4.3.2 在切削和监控需求中的问题 175

4.3.3 过程量中的传感器 176

4.3.3.1 力传感器 176

4.3.3.2 扭矩传感器 180

4.3.3.3 功率传感器 182

4.3.3.4 温度传感器 183

4.3.3.5 振动传感器 185

4.3.3.6 声学传播传感器 186

4.3.4 刀具传感器 191

4.3.5 工件传感器 196

4.3.6 切屑控制传感器 199

4.3.7 适应控制系统 201

4.3.8 切削过程中的智能系统 204

4.3.9 参考文献 205

4.4.1 绪论 206

4.4.2 研磨过程和监测中的问题 206

4.4 研磨过程 206

4.4.3 用于过程参量的传感器 207

4.4.3.1 力传感器 207

4.4.3.2 功率传感器 209

4.4.3.3 加速度传感器 209

4.4.3.4 声学传播系统 209

4.4.3.5 温度传感器 211

4.4.4 砂轮中的传感器 214

4.4.4.1 宏观几何量中的传感器 215

4.4.4.2 微观几何量中的传感器 216

4.4.5 工件传感器 217

4.4.5.1 宏观几何学中接触式工件传感器 218

4.4.5.2 微观几何学中的接触式工件传感器 220

4.4.5.3 表面完整性中的接触式工件传感器 221

4.4.5.4 非接触式工件传感器 221

4.4.6 外围设备系统中的传感器 224

4.4.6.1 用于调整过程监测的传感器 224

4.4.6.2 用于监测切削液供给的传感器 227

4.4.7.1 抛光过程 229

4.4.7 自由研磨过程中的传感器 229

4.4.7.2 用于非常规自由研磨过程的传感器 231

4.4.8 适应控制系统 232

4.4.9 研磨过程中的智能系统 235

4.4.10 参数文献 237

4.5 激光加工 238

4.5.1 绪论 238

4.5.2.2 识别工件质量的传感器 239

4.5.2.1 识别工件几何外形的传感器 239

4.5.2 参数监测传感器 239

4.5.2.3 光束特性传感器 240

4.5.2.4 聚焦位置和气体压力 240

4.5.3 质量监测传感器 240

4.5.3.1 光学传感器 240

4.5.3.2 声学传感器 241

4.5.3.3 基于视觉的传感器 241

4.5.4 结论 241

4.6.1 绪论 242

4.5.5 参考文献 242

4.6 放电加工 242

4.6.2 放电加工的原理 243

4.6.3 过程控制 244

4.6.4 传感技术 244

4.6.4.1 间隙电压 245

4.6.4.2 通过间隙的电流 245

4.6.5 加工精度的评估 247

4.6.4.4 声音辐射 247

4.6.4.3 电磁辐射 247

4.6.5.1 振动扫描方式 248

4.6.5.2 微放电加工的应用 249

4.7 焊接 249

4.7.1 绪论 249

4.7.2 几何导向传感器 250

4.7.2.1 接触式几何导向传感器 251

4.7.2.2 非接触式几何导向传感器 253

4.7.3.1 初级过程现象导向传感器 257

4.7.3 焊接过程导向传感器 257

4.7.3.2 次级过程现象导向传感器 261

4.7.4 总结 265

4.7.5 参考文献 265

4.8 涂层工艺 268

4.8.1 涂层过程监测 268

4.8.1.1 绪论 268

4.8.1.2 真空涂层过程分类 268

4.8.1.3 真空涂层过程参数监测需求 269

4.8.2.1 淀积过程中的参数图 270

4.8.2 淀积过程中的传感器 270

4.8.2.2 真空控制 271

4.8.2.3 温度控制 276

4.8.2.4 涂层过程控制中的气体分析器 279

4.8.2.5 用于淀积速度监测和控制的薄膜厚度控制器 280

4.8.2.6 气体定量给料系统和价值 281

4.8.2.7 在PVD过程中通常被监测的其他参数 282

4.9.1 绪论 283

4.8.3 参考文献 283

4.9 热处理 283

4.9.2 温度监测 284

4.9.3 气压控制 286

4.9.4 渗碳 286

4.9.5 渗氮 288

4.9.6 氧化 290

4.9.7 结构变化的控制 290

4.9.8 淬火监测 293

4.9.8.1 流体淬火传感器 294

4.9.8.2 管状线传感器 294

4.9.8.3 通量传感器 295

4.9.9 感应加热控制 296

4.9.10 等离子体过程中的传感器 296

4.9.11 结论 297

4.9.12 参考文献 297

5.1.1 光度尺 299

5.1 精密加工：纳米位移传感器 299

第5章 制造业的发展及其对传感器的影响 299

5.1.2 激光干涉仪 303

5.1.3 光电转换器 306

5.1.4 电感传感器 306

5.1.5 自动准直仪 308

5.1.6 参考文献 308

5.2 高速加工 308

5.3 微加工 312

5.4.1.1 用于干加工的排出物测量技术的有关需求 317

5.4 环境意识 317

5.4.1 工作环境中排出物的测定 317

5.4.1.2 传感器的原理 318

5.4.1.3 选定的测量技术的描述 318

5.4.1.4 应用举例 319

5.4.2 干加工和最小量润滑油 319

5.4.2.1 干加工过程中的温度测量 320

5.4.2.2 最小量润滑剂方式中的微滴测量 320

5.4.3 硬质材料的车削 321

5.4.3.1 过程和零件质量的标准 321

5.4.3.2 传感和监测方法 323

5.4.4 用声学传播探测磨削烧伤 324

5.4.4.1 目的 325

5.4.4.2 传感器系统 325

5.4.4.3 信号评估 326

5.4.5 参考文献 327

符号和缩写列表 329