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，便認識到壓電傳感器的優(yōu)勢。2020 年，他加入壓電測量技術領域的領先企業(yè)奇石樂，擔任業(yè)務開發(fā)經理。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)經驗轉化為創(chuàng)新產品 —— 通過集成傳感器、電纜及專為自動化制造設計的特殊過程監(jiān)控系統(tǒng)，將壓電測量技術引入加工監(jiān)控領域。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，以及壓電測量技術的優(yōu)勢與局限性。

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

Tasdelen 博士，您具有制造商與測量技術供應商這兩個不同領域的從業(yè)經驗，能否從兩者不同的角度，談談當前行業(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量交付的要求。自動化不僅是實現(xiàn)這一目標的關鍵手段，更能同步提升生產效率。在奇石樂，我們注意到各行業(yè)客戶在可持續(xù)生產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。在機械加工中，刀具直接決定零件質量。更換過晚將導致廢品率攀升，過早更換則會造成不必要的成本浪費。由于人工難以實時精準掌握刀具狀態(tài)，因此機床中的刀具監(jiān)控、設備與過程監(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床過程監(jiān)控領域的角色？

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，奇石樂在機械加工研發(fā)領域積累了豐富經驗，同時在注塑成型、連接系統(tǒng)等其他領域的設備監(jiān)控中也頗具心得。將這些領域的技術優(yōu)勢融合，讓客戶從協(xié)同效應中獲益，自然成為我們的發(fā)展方向。我從 SKF 帶來的，是將研發(fā)成果轉化為工業(yè)應用的實踐經驗，以及融合工藝與設備運行特性的深度應用知識。

機械加工領域：壓電應變傳感器可通過測量機床結構應力實現(xiàn)力的間接監(jiān)控，是一種合適的解決方案。

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

壓電測量技術的測量原理基于壓電效應：每個壓電傳感器的核心均搭載特殊石英晶體，受力時會產生微弱電荷，且電荷與受力大小呈精確正比關系。此外，石英晶體剛度高、固有頻率大，這使得我們能夠精準測量極寬范圍內的動態(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，可對三維空間內的切削力進行精確測量。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)應用中成本效益不足，且難以適配空間緊湊、不允許改造結構的生產設備。

奇石樂聚焦核心需求，為測力計提供了經濟高效的替代方案：我們采用結構相對簡單緊湊的力傳感器或應變傳感器，可集成于刀架內部，或安裝在主軸箱等機床表面。這類傳感器已被客戶用于其他過程監(jiān)控場景多年，如今我們正將其經驗應用于加工領域。

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，即可推斷關鍵工藝參數(shù)。例如，刀具磨損加劇會導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備部件直接測量（通過材料受力傳導）。借助機床內置的壓電力或應變傳感器，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：當測量力超出預設范圍或出現(xiàn)異常波動時，機床內置的監(jiān)控系統(tǒng)可向設備或工藝控制系統(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，并避免設備碰撞與非計劃停機。

若無法通過刀架測量加工力，在設備結構上安裝應變傳感器是否可行？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備特性，需綜合考慮設備整體剛度及力從切削點向結構傳導的路徑。此外，切削力的表現(xiàn)還與切削方向及加工對象相關。所幸，奇石樂的國際服務團隊在傳感器安裝領域擁有多年經驗，結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。

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，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)也能保護機床：當?shù)毒咭愿哌M給率定位時，若未實際切削卻發(fā)生移動，設備受力可能導致刀具與機床碰撞，造成嚴重損壞。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。

在另一個案例中，某客戶發(fā)現(xiàn)測量信號顯著低于預設閾值，經排查發(fā)現(xiàn)進料零件尺寸存在細微偏差。這表明，監(jiān)控系統(tǒng)可間接控制來料與成品質量，從而減少前置與后置質量檢測環(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特性。盡管應變計技術也是一種經濟成熟的方案，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，隨后恢復正常。由于系統(tǒng)觸發(fā)警報并停機，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)可直接集成至機床，實現(xiàn)對生產流程中特定制造環(huán)節(jié)的實時監(jiān)控與質量評估。

機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商，例如軸承組件、汽車零部件、醫(yī)療零件、螺釘?shù)刃⌒蜋C械零件及手表部件的批量生產企業(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極限。而設備使用年限則無關緊要。新建產線或采購新設備時，集成自動化技術已是行業(yè)標準，機床可預留測量方案安裝空間；對于舊設備，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商提供解決方案？

是的，我們已啟動相關產品套件的研發(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)將具備誤差補償能力，例如通過調節(jié)切削速度、進給量及切削深度補償設備誤差，助力客戶進一步提升產品質量。