想要經濟地處理能源和資源問題，機床和設備就必須在連續的使用過程中被監控。為(wei) 此，一種易於(yu) 集成的傳(chuan) 感器技術便成為(wei) 及時進行機床和設備維護保養(yang) ，保證產(chan) 品生產(chan) 質量，避免停機故障和改善生產(chan) 過程穩定性的關(guan) 鍵因素。

　　高精度的生產(chan) 過程監控需要直接來自生產(chan) 過程的數據作為(wei) 保障，這些數據應該由那些安裝在機床設備上的傳(chuan) 感器來提供。而負責這種檢測監控任務的傳(chuan) 感器大多數都是光纖傳(chuan) 感器，即有著極高檢測精度得微型化光纖傳(chuan) 感器，使其能夠方便得集成在機床、設備和檢測儀(yi) 器中，能夠很好得完成監控和數據傳(chuan) 輸的任務。 

基於(yu) 光纖的光纜外徑隻有0.4～3mm的傳(chuan) 感器適合在高精度的機床加工中使用

　　利用由Fraunhofer IPT研究所研發設計的間距檢測傳(chuan) 感器，能夠在多個(ge) 不同的檢測位置同時完成對被加工零件的形狀和位置誤差的納米級精度檢測。這種技術在航空航天、汽車製造、印刷機械製造和光學設備製造領域中都能夠得到很好的應用。

　　這種檢測技術適合於(yu) 那些傳(chuan) 統檢測解決(jue) 方案因安裝使用空間有限，以及傳(chuan) 統檢測技術無法滿足檢測精度的場合。這種傳(chuan) 感器的檢測頻率很高，檢測誤差明顯的小於(yu) 高精度檢測儀(yi) ，能夠實現機床和設備在超精密級範圍內(nei) 的在線檢測，如機床運動軸和導軌移動的監控以及傳(chuan) 動軸的監控。

　　Fraunhofer研究所研發的這種檢測係統基於(yu) 短波激光幹涉原理，主要由兩(liang) 個(ge) 相幹性激光部件組成。其中的第一個(ge) 是純光學的全光纖技術元件（SLD1），第二個(ge) 則是Michelson激光幹涉器（SLD2）。這種檢測儀(yi) 器的檢測距離大約為(wei) 500μm，清晰度達1nm的檢測範圍約80μm。 

　　Fraunhofer IPT研究所研發的這個(ge) 係統是基於(yu) 激光短相幹的工作原理，其主要部件為(wei) 兩(liang) 個(ge) 相幹性激光部件單元，其中的第一個(ge) 是純光學的全光纖技術元件（SLD1），第二個(ge) 則是Michelson激光幹涉器（SLD2）這種傳(chuan) 感器用光波電纜（LWL）連接，電纜的外徑尺寸為(wei) 0.4～3mm。對於(yu) 剛性要求較高的傳(chuan) 感器，可以將其安裝在CFK或鎳鈦複合材料的金屬殼中。

　　最後，將兩(liang) 種信號在Michelson幹涉器中進行解碼。微型傳(chuan) 感器和檢測裝置集式在一起而檢測結果的最終評判裝置無需安裝在檢測現場。另外，這種檢測係統的結構還允許在一個(ge) 檢測評判單元中使用多個(ge) 檢測傳(chuan) 感器。利用光纖轉換開關(guan) 可以快捷方便地在各個(ge) 傳(chuan) 感器之間進行切換。

　　由此在Michelson幹涉器中而得到的光柵圖將用CCD電荷耦合式攝像機進行解碼，利用計算機進行下一步的數據處理。檢測間距和檢測範圍取決(jue) 於(yu) 傳(chuan) 感器信號（焦距）和折光鏡的角度以及其與(yu) 激光射束之間的間距。與(yu) 其他的檢測係統相比較，這種檢測係統的優(you) 點在於(yu) 它沒有類似於(yu) 線性調節器或壓電發生器之類的區別檔位的機械零部件。

CCD電荷耦合式攝像機的特性解碼

　　當被測物體(ti) 進入到檢查範圍之內(nei) 後，將會(hui) 產(chan) 生一個(ge) 由CCD電荷耦合式攝像機解碼的固有特征幹涉光樣本。利用幹涉信號的橫向位置在CCD芯片中對被測物體(ti) 的間距進行補償(chang) ，並把間距調節量換算成圖像的像素點數。

       由數據匹配儀(yi) 器和傳(chuan) 感器構成的整套係統由Fraunhofer IPT研究所在Achen建立的Fionec有限責任公司進行生產(chan) 和銷售。

　　在這個(ge) 係統中，旋轉的回轉體(ti) 零部件的圓度和圓跳動對檢測的精度、噪聲和整個(ge) 係統的磨損有著重要的影響，源於(yu) 它們(men) 的錯誤信號應在生產(chan) 加工過程中及時的予以識別並排除，其中包括機床重要的零部件，如輸出軸、轉子、主軸、軋輥（支撐輥和工作輥）和導向輥。在這些回轉體(ti) 零件上應安裝傳(chuan) 感器，以便采集重要的生產(chan) 過程數據，及時地采取必要措施。

　　在這種檢測方法中，旋轉零部件工作時在外力作用下可能產(chan) 生的變形（可在多個(ge) 不同的檢測點對旋轉零部件在外力作用下的變形進行檢測），在生產(chan) 工作過程中出現的旋轉零部件表麵磨損和形狀磨損（剝離、粘附、表麵擠壓碎裂和摩擦）等可以是重要的被檢測參數。

　　這種技術可以直接應用於(yu) 如印刷領域中，在這個(ge) 領域中，軋輥類零部件的圓度和圓跳動誤差對印刷品的質量有著直接的影響。另一個(ge) 可以直接采用這種檢測技術的領域是軋輥生產(chan) 企業(ye) ，因為(wei) 這個(ge) 領域中需要對生產(chan) 光導塑料薄膜軋輥表麵的微觀結構進行檢測。

　　在這種情況下，利用光纖傳(chuan) 導的間距檢測傳(chuan) 感器在多個(ge) 檢測點進行檢測是非常合適的，因為(wei) 這些檢測傳(chuan) 感器的安裝所需的空間很小（微型傳(chuan) 感器），采用的是非接觸式檢測，不會(hui) 對被測表麵帶來損害，在傳(chuan) 感器和被測物體(ti) 之間沒有相互作用和影響。

　　為(wei) 了能夠演示這種檢測技術的應用情況，專(zhuan) 門設計和製造了一個(ge) 試驗台。這個(ge) 試驗台的結構非常複雜，對其剛性和穩定性都有著非常高的要求。在2009年度Stuttgart舉(ju) 辦的Control 2009展覽會(hui) 期間，Fraunhofer IPT研究所就展示了一個(ge) 這樣的試驗台：利用不同的光纖傳(chuan) 感器進行生產(chan) 過程的監控。 

圖2 對不同的旋轉對稱物體(ti) 進行檢測監控的臥式床身檢測試驗台

　　該試驗台采用的是臥式床身結構，床身中的主軸由電動機驅動，為(wei) 了能夠對不同的旋轉係統進行檢測，床身兩(liang) 側(ce) 都配備了連接用的離合裝置。

　　檢測單元和檢測數據評判單元的同步，以及主軸旋轉運動的同步是通過編碼器來實現的。解碼器的設置使它能夠根據旋轉角度的大小產(chan) 生相應的TTL觸發信號，並把這些觸發信號發送到評判單元中，對攝像機的工作過程進行控製。攝像機所采集的數據信息會(hui) 經過分析軟件進行處理，每兩(liang) 個(ge) 觸發信號之間對應的轉角相當於(yu) 0.1。

　　作為(wei) 檢測傳(chuan) 感器，有三種可以與(yu) 光纖開關(guan) 耦合使用的光纖光學傳(chuan) 感器可供選用。利用這種光纖開關(guan) ，係統可以在光纖和檢測傳(chuan) 感器之間轉換，從(cong) 而實現檢測點位置與(yu) 旋轉運動的同步。各傳(chuan) 感器利用標定麵統一進行標定，從(cong) 而使其檢測值為(wei) 固定的反射值。

用於(yu) 粗糙度檢測的專(zhuan) 用傳(chuan) 感器

　　對於(yu) 每個(ge) 回轉對稱體(ti) 的檢測，都必須包括對其偏心、形狀誤差、波形度和粗糙度的檢測。為(wei) 了能夠對被測物體(ti) 得出有說服力的結論，需要對檢測數據進行過濾，對每個(ge) 特征值都要進行專(zhuan) 門的研究，這樣就可以實現在生產(chan) 過程中單獨的對檢測值的特征進行監控了。#p#分頁標題#e#

　　為(wei) 了實現對檢測數據的過濾，使用了多種濾波器，包括低通濾波器、帶通濾波器和高通濾波器，因為(wei) 檢測到的數據信息來自不同的頻率段。

　　利用一個(ge) 非對中安裝的部件可以對信號進行調製，調製信號的頻率與(yu) 旋轉物體(ti) 的頻率相同。在這種情況下，圓形零件的圓度狀況就非常容易識別出來了。這種檢測頻率由低通濾波器進行過濾，形狀誤差和波形度誤差利用帶通濾波器進行過濾，而粗糙度則是利用高通濾波器進行過濾。

　　經過過濾的信號（形狀誤差、波形度和粗糙度等）都會(hui) 按照DIN/ISO 12181-2標準和11562標準進行特征值標準化處理，通過這種監控方法可以實現零部件狀態的追述。

　　為(wei) 了進一步提高該係統的可集成性，Fraunhofer IPT研究所計劃進一步的縮小傳(chuan) 感器的直徑，並計劃研發生產(chan) 專(zhuan) 門用於(yu) 粗糙度檢測的傳(chuan) 感器。通過對傳(chuan) 感器端部的特殊處理，還可以實現不同角度的檢測。

　　在這種間距檢測中，也可以使用其他光纖傳(chuan) 感器，如光纖Bragg光柵（FBG）傳(chuan) 感器，以實現對力、膨脹和溫度的附加檢測。這種檢測技術已經成功的運用於(yu) 市場，出現在工業(ye) 企業(ye) 的日常檢測中。這種檢測技術還可以應用於(yu) 建築物狀態的監控、風力發電設備葉片狀態的監控、管道以及油田設備的監控等。