材料加工检测与控制过程综述

材料加工检测与控制过程综述摘要综述了材料加工工艺过程中的检测与控制方法、特点、物理量和发展趋势关键词材料；检测成形；控制；发展趋势1引言金属及非金属材料的加工过程是一个复杂的物理、化学过程。在这个过程中，尤其是在热加工过程中，常常伴随着温度、压力、转速、位移、真空度、磁场、电流、电压等多种物理参数的变化。在加工过程中，准确地检测和控制这些物理参数的变化，以保证产品质量的稳定，是材料加工过程的主要目的之一。检测技术是自动控制的基础，通常是在检测的基础上进行控制。随着自动控制生产系统的广泛应用，为了保证系统高效率地运行，必须对生产流程中有关参数进行测试采集，以准确的实现对系统的自动控制。因此，检测与控制在材料加工工艺过程中起着十分重要的作用。可以说，没有先进的检测与控制技术，就不可能有先进的材料加工方法及制造工艺。2材料成形中常见检测与控制的物理量材料成形工艺主要包括铸、焊接和锻压。常见需要检测及控制的物理量和有关主要参数概括如下：（1）温度的检测与控制温度是铸造、焊接和锻压生产中的重要工艺参数，金属材料的成形基本上都是在高温状态下进行的，因此只有准确地检测及控制温度的变化，才能正确控制材料加工工艺，从而获得高质量的产品。（2）位移、速度及加速度的检测与控制这是铸造、焊接和锻压生产过程中的基本参量，准确地检测及控制位移、速度及加速度是实现高质量生产过程的基础。（3）应力与应变的测量在研究构件的强度与变形、焊接结构的应力应变、铸造应力及锻压塑性变形时，都涉及到应力、应变的测量。（4）力学性能如抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率、冲击韧度、显微硬度、布氏硬度等。（5）电流、电压等工艺参数的检测和控制如焊接过程中的焊接电流、电弧电压决定焊接质量，焊接过程中需要很好的检测与控制这些参数。（6）位置检测及运动控制如焊接过程中焊接到哪个位置需要进行检测；焊接工艺运动过程需要电动机驱动控制；铸造及锻压工艺过程的机械动作需要液压驱动及控制；焊接、铸造及锻压工艺动作过程的程序过程需要程序控制。3材料加工工艺过程检测与控制的特点（1）检测参数的多样性和复杂性随着材料种类的大量增加及对零件加工精度要求的日益提高，材料加工过程中的检测参数越来越多，检测过程越来越复杂，对检测精度的要求也越来越高。如上所述，在材料加工过程中，常常会遇到对温度、压力、位移、转速、应力应变、真空度及磁场强度等多个参数的实时检测，这就会加大检测过程的负责性和技术难度。（2）被检测参数变化范围大零件的复杂性及多样性，导致了材料加工工艺过程监测数据统筹那个在大范围内变化。如，温度可从室温变化到数千度，压力从几牛变化到几百千牛，真空度从几帕变化到10-8Pa等，这样，在不少情况下，单一仪表很难满足检测要求，必须使用两种以上不同量程的仪表，并在检测过程中能够实现自动转换。（3）检测与控制过程的干扰厉害材料加工过程的周围环境常存在很强的电磁干扰。这种干扰不仅强度大，而且干扰信号的频率分布范围较宽（从几赫至几百千赫），从而严重地影响检测和控制过程的正常进行，因此，必须采取多种干扰措施。（4）控制过程及被检测参数存在明显的非线性、时变性、不确定性及不完全性材料的加工工艺过程受多种因素的影响，这些影响存在明显的非线性、时变性、不确定性及不完全性。如，点焊过程中的点击表面粘污，焊接温度场变化的不确定性，冲压磨具的磨损等，这些因素明显增加了控制过程的技术难度。4材料加工工艺过程检测与控制的发展趋势（1）检测与控制的智能化随着计算机技术及智能控制理论的发展和完善，智能仪表及智能控制系统在材料加工领域的应用已日益广泛，代表了检测与控制系统的主要发展方向。与传统的检测仪表及控制系统相比，智能仪表及智能控制存在明显的优势。智能化检测仪表能在被测参数发生变化时，自动选择测量方案，进行自动校正、自补偿、自检测、自诊断，并可进行远程设定、状态组合、信息存储及网络接入等。智能控制主要包括专家系统、模糊控制及人工神经网络控制，它的基本特点是不依赖或者不完全依赖被控对象的数学模型，主要是利用人的操作经验、知识和推理技术以及控制系统的某些信息和性能得出相应的控制动作。这种方式非常适合材料加工工艺过程的控制。智能控制的发展，为材料加工过程的建模和控制提供了全新的途径。由于材料加工过程是一个多参数相互耦合的事变非线性系统，影响材料加工质量的因素加多，并带有明显的随机性，因此，专家系统、模糊控制、神经网络控制及其互相结合的控制方式在材料加工过程中展示了广阔的应用前景。（2）检测与控制系统的综合化为了提高对材料加工过程参数的全面监视、检测、控制，以及检测与控制过程的高灵敏度、高精度、高分辨率和高稳定性，则必须提高控制与检测系统的综合能力，充分利用系统的内在规律，使系统向功能更强和层次更高的方向发展。检测与控制系统综合化及一体化的结果，不仅大大提高了检测与控制系统的合理性，而且加快了系统的标准化，使得由多种计算机组成的控制系统连接组合更为方便。（3）将成为材料加工过程检测与控制的主要支柱单片机、可编程控制器是20世纪70年代末开始在我国应用的。目前，大部分材料加工过程及其相关装置已用单片机及可编程控制器进行控制，并显示出以下明显的技术特点。A、具有高的可靠性及控制精度；B、良好的控制实时性；C、完善的输入/输出通道及通信功能；D、灵活方便的软件编程；F、很强的环境适应性及抗干扰能力；E、良好的可维修性自从1962年美国推出第一台工业机器人以来，到2000年全世界的工业机器人总量已达到近百万台，其中大多数被用在焊接等材料领域。机器人的应用是材料加工领域革命性的进步，它突破了材料加工检测与控制的传统模式，开拓了一种柔性自动化的生产方式。在产品的更新换代越来越快的今天，柔性制造技术显然具有非常重要的意义。计算机辅助设计及计算机辅助制造（CAD/CAM）是指计算机作为主要技术手段，来生成和运用各种数字信息和图表信息，以进行产品设计和制造。CAD/CAM技术所具有的实体造型功能，三维运动机构的分析和仿真功能、有限元法网络自动生成功能、优化设计功能以及信息处理的管理功能已经显示出了强大的技术优势及非常广阔的应用前景。毫无疑问，单片机、可编程控制器、机器人和CAD/CAM必将在材料加工工艺过程检测与控制领域得到更加日益广泛的应用。5、结语材料检测与控制技术在材料科学与工程学科中占有重要的地位，检测分析技术的完善和发展会推动现代材料科学的进步。怎么样提高检测的精准性，如何利用辅助设备来进行材料加工过程中的智能化控制是我们今后要专注的热点。参考文献[1]杭争翔.材料成形检测与控制[M].出版地:机械工业出版社.2010(01).[2]扬思乾,李付国,张建国.材料加工工艺过程的检测与控制[M].出版地:西北工业大学出版社.2006(01).