概述：兼容各類 MES 系統(tǒng)的靈活解決方案，集傳感器、電纜及專為自動化制造設(shè)計的特殊過程監(jiān)控系統(tǒng)為一體

Buelent Tasdelen 博士在 SKF AB（全球軸承制造商）工作期間，便認(rèn)識到壓電傳感器的優(yōu)勢。2020 年，他加入壓電測量技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)奇石樂，擔(dān)任業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理。奇石樂研發(fā)的測力計及傳感器，可專業(yè)用于捕捉研發(fā)場景中的切削力。在奇石樂，Tasdelen 博士將其行業(yè)經(jīng)驗轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新產(chǎn)品 —— 通過集成傳感器、電纜及專為自動化制造設(shè)計的特殊過程監(jiān)控系統(tǒng)，將壓電測量技術(shù)引入加工監(jiān)控領(lǐng)域。在本次采訪中，我們與Tasdelen 博士深入探討了這一全新解決方案，以及壓電測量技術(shù)的優(yōu)勢與局限性。

Buelent Tasdelen 博士將其在軸承行業(yè)積累的經(jīng)驗用于開發(fā)新產(chǎn)品，將壓電測量解決方案與過程監(jiān)控集成至機(jī)床中。

Tasdelen 博士，您具有制造商與測量技術(shù)供應(yīng)商這兩個不同領(lǐng)域的從業(yè)經(jīng)驗，能否從兩者不同的角度，談?wù)劗?dāng)前行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)？

與大多數(shù)行業(yè)一樣，企業(yè)如今比以往任何時候都更需要注重提升競爭力。我曾任職的軸承行業(yè)，面臨與日俱增的零件高質(zhì)量交付的要求。自動化不僅是實現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵手段，更能同步提升生產(chǎn)效率。在奇石樂，我們注意到各行業(yè)客戶在可持續(xù)生產(chǎn)制造方面的壓力日益增長，而將廢品率盡可能降低正是其中的核心舉措之一。在機(jī)械加工中，刀具直接決定零件質(zhì)量。更換過晚將導(dǎo)致廢品率攀升，過早更換則會造成不必要的成本浪費(fèi)。由于人工難以實時精準(zhǔn)掌握刀具狀態(tài)，因此機(jī)床中的刀具監(jiān)控、設(shè)備與過程監(jiān)控已成為現(xiàn)代制造業(yè)的必需環(huán)節(jié)。

您如何定位奇石樂及您本人在機(jī)床過程監(jiān)控領(lǐng)域的角色？

精密且耐用的傳感器是自動化流程的基石。作為壓電測力計制造商，奇石樂在機(jī)械加工研發(fā)領(lǐng)域積累了豐富經(jīng)驗，同時在注塑成型、連接系統(tǒng)等其他領(lǐng)域的設(shè)備監(jiān)控中也頗具心得。將這些領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢融合，讓客戶從協(xié)同效應(yīng)中獲益，自然成為我們的發(fā)展方向。我從 SKF 帶來的，是將研發(fā)成果轉(zhuǎn)化為工業(yè)應(yīng)用的實踐經(jīng)驗，以及融合工藝與設(shè)備運(yùn)行特性的深度應(yīng)用知識。

機(jī)械加工領(lǐng)域：壓電應(yīng)變傳感器可通過測量機(jī)床結(jié)構(gòu)應(yīng)力實現(xiàn)力的間接監(jiān)控，是一種合適的解決方案。

壓電測量技術(shù)在機(jī)床加工中的優(yōu)勢與局限性體現(xiàn)在哪些方面？

壓電測量技術(shù)的測量原理基于壓電效應(yīng)：每個壓電傳感器的核心均搭載特殊石英晶體，受力時會產(chǎn)生微弱電荷，且電荷與受力大小呈精確正比關(guān)系。此外，石英晶體剛度高、固有頻率大，這使得我們能夠精準(zhǔn)測量極寬范圍內(nèi)的動態(tài)力 —— 這正是加工力測量的顯著優(yōu)勢。

在研發(fā)場景中，我們主要使用測力計，可對三維空間內(nèi)的切削力進(jìn)行精確測量。但在監(jiān)控場景中，往往無需如此精密的傳感器。此外，測力計在部分工業(yè)應(yīng)用中成本效益不足，且難以適配空間緊湊、不允許改造結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)設(shè)備。

奇石樂聚焦核心需求，為測力計提供了經(jīng)濟(jì)高效的替代方案：我們采用結(jié)構(gòu)相對簡單緊湊的力傳感器或應(yīng)變傳感器，可集成于刀架內(nèi)部，或安裝在主軸箱等機(jī)床表面。這類傳感器已被客戶用于其他過程監(jiān)控場景多年，如今我們正將其經(jīng)驗應(yīng)用于加工領(lǐng)域。

測力計可測量絕對切削力，壓電傳感器如何實現(xiàn)加工過程監(jiān)測？

在使用測力計的研發(fā)場景中，需進(jìn)行絕對力測量，即通過多個傳感器計算所有力矢量與扭矩。而在過程監(jiān)控中，壓電傳感器通常只需監(jiān)測主受力矢量，即可推斷關(guān)鍵工藝參數(shù)。例如，刀具磨損加劇會導(dǎo)致切削力或切削動態(tài)變化，這些變化可通過刀架或相鄰設(shè)備部件直接測量（通過材料受力傳導(dǎo)）。借助機(jī)床內(nèi)置的壓電力或應(yīng)變傳感器，用戶可對比加工周期并識別異常。以刀具制造商 Paul Horn GmbH 與奇石樂集團(tuán)的合作為例：雙方共同開發(fā)了適用于車削場景的即插即用型智能刀架，不僅將集成工作量降至最低，還確保智能刀架與傳統(tǒng)刀架的使用性能一致。集成過程中，力傳感器被優(yōu)化布置于力流路徑，確保數(shù)據(jù)可反映加工過程中的相對受力狀態(tài)。

通過這類解決方案及配套的 maXYmos 過程監(jiān)控單元，可實現(xiàn)加工過程的自動化監(jiān)測：當(dāng)測量力超出預(yù)設(shè)范圍或出現(xiàn)異常波動時，機(jī)床內(nèi)置的監(jiān)控系統(tǒng)可向設(shè)備或工藝控制系統(tǒng)反饋信號。此舉不僅為工藝優(yōu)化提供了便捷的數(shù)據(jù)采集途徑，還能延長刀具壽命、減少換刀頻率、早期識別廢品，并避免設(shè)備碰撞與非計劃停機(jī)。

若無法通過刀架測量加工力，在設(shè)備結(jié)構(gòu)上安裝應(yīng)變傳感器是否可行？理想安裝位置需要滿足什么要求？用戶如何確定理想位置？

最佳安裝位置高度依賴設(shè)備特性，需綜合考慮設(shè)備整體剛度及力從切削點(diǎn)向結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)的路徑。此外，切削力的表現(xiàn)還與切削方向及加工對象相關(guān)。所幸，奇石樂的國際服務(wù)團(tuán)隊在傳感器安裝領(lǐng)域擁有多年經(jīng)驗，結(jié)合加工部門具有的專業(yè)知識，可針對客戶的個性化需求提供定制化服務(wù)。

帶壓電傳感器的刀架可精確監(jiān)控高動態(tài)加工過程：通過在刀具制造商端集成傳感器技術(shù)，終端用戶的安裝工作量可降至最低。

除刀具磨損外，該系統(tǒng)還能監(jiān)測哪些內(nèi)容？

刀具監(jiān)控是我們解決方案的核心，但系統(tǒng)還具備其它實用功能。例如，即使在非切削狀態(tài)下，過程監(jiān)控系統(tǒng)也能保護(hù)機(jī)床：當(dāng)?shù)毒咭愿哌M(jìn)給率定位時，若未實際切削卻發(fā)生移動，設(shè)備受力可能導(dǎo)致刀具與機(jī)床碰撞，造成嚴(yán)重?fù)p壞。我們的方案可識別此類異常移動，并在碰撞發(fā)生前緊急停機(jī)。

在另一個案例中，某客戶發(fā)現(xiàn)測量信號顯著低于預(yù)設(shè)閾值，經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)進(jìn)料零件尺寸存在細(xì)微偏差。這表明，監(jiān)控系統(tǒng)可間接控制來料與成品質(zhì)量，從而減少前置與后置質(zhì)量檢測環(huán)節(jié)，降低成本。

市場上已有多種加工過程監(jiān)控方案，奇石樂的解決方案有何獨(dú)特之處？

我們的最大優(yōu)勢在于壓電傳感器固有的高頻響應(yīng)特性。盡管應(yīng)變計技術(shù)也是一種經(jīng)濟(jì)成熟的方案，但其在捕捉高動態(tài)加工過程時存在局限性。刀具磨損是漸進(jìn)過程，但其斷裂可能瞬間發(fā)生。近日某客戶向我們提供的數(shù)據(jù)顯示，測量曲線曾突然出現(xiàn)短暫超限峰值，隨后恢復(fù)正常。由于系統(tǒng)觸發(fā)警報并停機(jī)，客戶及時發(fā)現(xiàn)刀具已崩刃。此類場景正是壓電傳感器的優(yōu)勢所在。

maXYmos 過程監(jiān)控系統(tǒng)可直接集成至機(jī)床，實現(xiàn)對生產(chǎn)流程中特定制造環(huán)節(jié)的實時監(jiān)控與質(zhì)量評估。

機(jī)械加工覆蓋眾多制造行業(yè)，哪些企業(yè)最能從該方案中獲益？哪些可能不太適用？

我們的首款產(chǎn)品套件（含傳感器、監(jiān)控系統(tǒng)、電纜及配套軟件）主要面向中小型零件生產(chǎn)商，例如軸承組件、汽車零部件、醫(yī)療零件、螺釘?shù)刃⌒蜋C(jī)械零件及手表部件的批量生產(chǎn)企業(yè)。需要注意的是，周期時間是一個限制因素 —— 盡管我們的測量速度快，但壓電傳感器仍有其響應(yīng)極限。而設(shè)備使用年限則無關(guān)緊要。新建產(chǎn)線或采購新設(shè)備時，集成自動化技術(shù)已是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)床可預(yù)留測量方案安裝空間；對于舊設(shè)備，我們的套件也支持改造升級。我們的解決方案靈活性高，可兼容各類 MES 系統(tǒng)，旨在以較低的入門成本讓客戶享受自動化紅利。

未來規(guī)劃如何？是否計劃向大型零件生產(chǎn)商提供解決方案？

是的，我們已啟動相關(guān)產(chǎn)品套件的研發(fā)工作。同時，我們正致力于提升系統(tǒng)智能化水平，使其超越傳統(tǒng)的測量與監(jiān)控功能。在特定場景中，系統(tǒng)將具備誤差補(bǔ)償能力，例如通過調(diào)節(jié)切削速度、進(jìn)給量及切削深度補(bǔ)償設(shè)備誤差，助力客戶進(jìn)一步提升產(chǎn)品質(zhì)量。