1
哈尔滨工业大学
制造系统自动化技术作业

题目：零件质量的自动化检测系统设计
班号：
学号：
姓名：
2

作业三 零件质量的自动化检测系统设计
一、零件结构图

TU 图1
二、自动检测项目
（1）孔是否已加工？
利用电荷耦合器件（CCD），CCD是一种半导体型器件，被测工件上的光经
过透镜投射到像感元件上。像感元件上有几个光敏二极管作直线排列，并有相应
位数的寄存器以传送电荷。被测工件上的亮区和暗区在每个像素上激发出不同的
电压，并在电荷包内形成不同的电荷，完成光电转换过程。暗区的输出脉冲幅值
较小，而亮区的输出脉冲幅值较大，如图2所示。摄像扫描与数据处理系统以及
配备的其他外加设备一起，可以用来测量孔是否已加工。

φ
100

φ
40±0.012

φ
15±0.01

1
0
2
0

7
0
标签

面A
面B
3
图2
（2）面A和B是否已加工？
由于只要求检测出是否加工即可，故对检测精度没太大要求。该工件A、B
面加工前为圆柱体，于是只需在运送带两侧设置两个行程开关即可，若有未加工
的面，则工件就会压下相应的行程开关。

（3）孔φ15±0.01精度是否满足要求？
方向设计一个类似于塞规的测定杆，在测定杆的圆周上沿半径方向放置三只
电感式位移传感器。测量原理如图所示。假设由于测定杆轴安装误差，移动轴位
置误差以及热位移等误差等导致测定杆中心与镗孔中心O存在偏心e，则可通过
镗孔内径上的三个被测点W1，W2，W3测出平均圆直径。在测定杆处相隔角装
上三个电感式位移传感器，用该检测器可测量出间隙量,，。已知测定杆半径r，
则可求出。根据三点式平均直径测量原理，平均圆直径=,公式中a,b为常数，由
传感器配置角决定，该测量杆最佳配置角度取，取a=b=0.8717。偏心e的影响完
全被消除，具有以测定杆自身的主机算环为基准值测量孔径的功能，可消除室温
变化引起的误差，确保的测量精度。
4

图3 平均孔径测定原理
（4）凸台外径φ40±0.012精度是否满足要求？
测量凸台外径φ40±0.012精度时可以用CCD图像传感技术，其示意图如图
4所示。

图4 凸台外径尺寸检测系统结构图
该系统主要有照明装置、图像采集装置及处理系统三部分组成。主要工作原
理：通过光学成像系统将工件外径图像成在CCD的像敏面上，像敏面将罩在每
个像敏单元上的图像信号通过光电效应，将物体的反射光线按亮度强弱转变，变
成相应数目的载流子。在某一个时钟周期内，CCD 器件 在转移脉冲的作用下将
门极上收集到的电子量转移到 CCD 的移位寄存器中，在图像采集卡作中，通过
5

放大电路 对信号进行放大，再经过 A /D 转换将模拟信号的一系列 有目的性的
处理转变成为数字信号。数字信号保存到计算机或者其他处理器进行图像或图形
的处理，从而获取工件外径尺寸的相关信息，进而转化为具体的尺寸值，以判断
外径尺寸是否满足其精度要求。

（5）零件质量20±0.01kg是否满足要求？
在测力传感器中，把电阻应变片贴在专门设计的传感部件（弹性元件上），
当被测力作用在弹性体上时，弹性体因受力而产生应力和应变，粘贴在变形部位
的电阻应变片的阻值发生改变。当贴片部位受拉应力作用时，应变片的电阻丝被
拉长而使阻值变大，当贴片部位受压应力作用时，应变片得电阻丝被压缩而使阻
值减小，通过分压电路或者电桥测量应变片阻值变化大小，即可测量出被测力的
大小。

（6）产品标签（白色）是否帖正或漏帖？
如图5所示，利用四个圆柱式反射型传感器来检测标牌是否正确安装。当标
牌在正确位置时候，四个传感器收到相同强度的反射光，系统工作正常，让产品
通过。当标牌位置不正确时或者漏钉标牌时，反射光变化，经逻辑电路启动机械
推杆，剔出线外纠正。（光电开关）

图5标签检测图
（7）如果不合格将其剔除到次品箱；
如图6所示，在每个检测台上安装一台废品剔除装置，当检测得到该产品不
合格时立即给此装置一个信号，电磁阀动作使液压缸中的活塞杆向前推进，将不
合格产品推到次品箱中。

图8 剔除废品装置
6

Y
Y
Y
Y
Y

N

Y

（8）对合格产品和不合格产品进行计数。
在第一道工序开始出和最后一道工序结束出分别安装一组光电计数器，分别

统计加工产品的总数总N和加工合格的产品数合N，然后通过计算机记录数据，并

计算出不合格产品数不总合=-NNN。

三、自动检测流程图

检测孔是否已加工
检测面A、B是否已
加工

检测孔精度是否满
足要求

检测凸台外径精度
是否满足要求

检测孔零件质量是
否满足要求

产品标签是否贴正
或漏贴

不合格产品剔
除到次品箱

开始

结束
检测工件总数总N

检测合格产品合N