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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