| 數控機床是現代高科技發展的產物，每當一批零件開始加工時，有大量的檢測需要完成，包括夾具和零件的裝卡、找正、零件編程原點的測定、首件零件的檢測、工序間檢測及加工完畢檢測等。目前完成這些檢測工作的主要手段有手工檢測、離線檢測和在線檢測。在線檢測也稱實時檢測，是在加工的過程中實時對刀具進行檢測，并依據檢測的結果做出相應的處理。在線檢測是一種基于計算機自動控制的檢測技術，其檢測過程由數控程序來控制。閉環在線檢測的優點是：能夠保證數控機床精度，擴大數控機床功能，改善數控機床性能，提高數控機床效率。 1、數控機床在線檢測系統的組成 數控機床在線檢測系統分為兩種，一種為直接調用基本宏程序，而不用計算機輔助；另一種則要自己開發宏程序庫，借助于計算機輔助編程系統，隨時生成檢測程序，然后傳輸到數控系統中，系統結構如圖1所示。 
圖1 計算機輔助在線檢測系統組成 數控機床的在線檢測系統由軟件和硬件組成。硬件部分通常由以下幾部分組成： (1) 機床本體 機床本體是實現加工、檢測的基礎，其工作部件是實現所需基本運動的部件，它的傳動部件的精度直接影響著加工、檢測的精度。 (2) 數控系統 目前數控機床一般都采用CNC數控系統，其主要特點是輸入存儲、數控加工、插補運算以及機床各種控制功能都通過程序來實現。計算機與其他裝置之間可通過接口設備聯接，當控制對象或功能改變時，只需改變軟件和接口。CNC系統一般由中央處理存儲器和輸入輸出接口組成，中央處理器又由存儲器、運算器、控制器和總線組成。 (3) 伺服系統 伺服系統是數控機床的重要組成部分，用以實現數控機床的進給位置伺服控制和主軸轉速(或位置)伺服控制。伺服系統的性能是決定機床加工精度、測量精度、表面質量和生產效率的主要因素。 (4) 測量系統 測量系統有接觸觸發式測頭、信號傳輸系統和數據采集系統組成，是數控機床在線檢測系統的關鍵部分，直接影響著在線檢測的精度。其中關鍵部件為測頭，使用測頭可在加工過程中進行尺寸測量，根據測量結果自動修改加工程序，改善加工精度，使得數控機床既是加工設備，又兼具測量機的某種功能。 目前常用的雷尼紹測頭，是英國雷尼紹公司的產品，如圖2所示。它們用于數控車床、加工中心，數控磨床、專機等大多數數控機床上。測頭按功能可分為工件檢測測頭和刀具測頭；按信號傳輸方式可分為硬線連接式、感應式、光學式和無線電式；按接觸形式可分為接觸測量和非接觸測量。用戶可根據機床的具體型號選擇合適的配置。 
圖2 雷尼紹RMP60無線電式測頭 (5) 計算機系統 在線檢測系統利用計算機進行測量數據的采集和處理、檢測數控程序的生成、檢測過程的仿真及與數控機床通信等功能。在線檢測系統考慮到運行目前流行的Windows和CAD/CAM/CAPP/CAM以及VC等軟件，以及減少測量結果的分析和計算時間，一般采用Pentium級別以上的計算機。 2、數控機床在線檢測的工作原理 實現數控機床的在線檢測時，首先要在計算機輔助編程系統上自動生成檢測主程序，將檢測主程序由通信接口傳輸給數控機床，通過G31跳步指令，使測頭按程序規定路徑運動，當測球接觸工件時發出觸發信號，通過測頭與數控系統的專用接口將觸發信號傳到轉換器，并將觸發信號轉換后傳給機床的控制系統，該點的坐標被記錄下來。信號被接收后，機床停止運動，測量點的坐標通過通信接口傳回計算機，然后進行下一個測量動作。上位機通過監測CNC系統返回的測量值，可對系統測量結果進行計算補償及可視化等各項數據處理工作。測量典型幾何形狀時檢測路徑的步驟為： 確定零件的待測形狀特征幾何要素； 確定零件的待測精度特征；根據測量的形狀特征幾何要素和精度特征，確定檢測點數及分布； 根據測點數及分布形式建立數學計算公式； 確定檢測零件的工件坐標系；根據檢測條件確定檢測路徑。 3、數控機床在線檢測編程 在線檢測技術的關鍵主要體現在檢測程序的編制上，檢側程序編制質量的優劣直接影響到檢測效果。目前檢測軟件有商業化軟件和自主開發的軟件。商業化軟件如英國DELCAM公司新版本的PowerInspect，是一款開放的檢測軟件，不受測量設備的限制，既可以在線檢測，也可以脫機檢測。不僅提供在線檢測的功能，還能夠在檢測前針對讀取的CAD模型進行檢測路徑的編程工作，并進行檢測的仿真。隨后可以把編制好的程序傳輸給CNC檢測設備，進行自動檢測。又如雷尼紹公司基于PC機的在機檢測軟件OMV（onmachineverification），該軟件專為數控機床配用系統而編寫，主要應用于：根據原始CAD數據，檢測樣件、復雜零件及大型零件、多工序零件以及模具。 自主開發軟件的編程方式有：基于C、 C 、 VC 、 VB、Delphi開發平臺的在線檢測編程和基于CAD開發平臺的在線檢測編程。基于VC 語言的在線檢測編程結構框圖如圖3所示。 
圖3 基于VC 語言的在線檢測系統結構框圖 檢測部分主要模塊的功能如下： (1) 測量主程序自動生成模塊：主要完成零件待測信息的輸入，生成檢測主程序。 (2) 誤差補償模塊：對測量過程中所產生的誤差進行補償，提高測量精度。 (3) 通信模塊：完成主程序與被調用宏程序的發送及測量點坐標信息的接收。 (4) 測量宏程序模塊：實現宏程序的管理和內部調用。主模塊要實現對宏程序的查找、增添、修改及刪除等操作。 (5)數據處理模塊：對測量點坐標進行補償，完成各種尺寸及精度計算。通過打開測量結果數據文件，獲得測量點坐標信息，經過相應的運算過程*終得到所測值。 基于CAD開發平臺的在線檢測自動編程是采用AutoCAD作為系統集成開發平臺，并采用ObjectARY作為二次開發工具，開發該系統可彌補CAD/CAM系統所欠缺的功能，實現檢測程序的圖形化編制，即CAD在線檢測。 4、數控機床在線檢測系統仿真 目前數控機床在線檢測借鑒于CAD/CAM技術的發展思路可開發相應的在線檢測仿真系統。仿真系統以圖形化的方式再現數控機床在線檢測過程，可形象直觀地對檢測路徑規劃進行檢查，提前發現宏程序編制中的錯誤，以避免在真實檢測過程中對在線檢測系統所造成的破壞。 以VC 作為系統開發工具，OpenGL 作為三維場景開發工具，按照面向對象的程序設計思想開發數控機床在線檢測仿真系統的過程是： (1) 虛擬檢測環境的建立 采用OpenGL 標準進行圖形處理工作。OpenGL是一個圖形硬件的軟件接口，利用它可進行幾何建模、圖形變換、渲染、光照、材質等多種操作，大部分對于圖形的底層處理工作都由一些專門的函數來處理。 (2) 檢測信息的提取 在線檢測仿真系統，必須在仿真過程中，如實地反映測量宏程序的每一條語句，即利用測量宏程序驅動檢測仿真過程的進程。因而該仿真系統應具備完整的檢測信息提取能力，能實現對測量程序的語法檢查，能實現相關的計算與判斷，*為重要的是能夠提取出測頭的運動軌跡，以驅動測頭的檢測仿真。 (3) 虛擬測頭的驅動 在線檢測系統是利用測頭與待測物體的碰撞來確定接觸點的位置信息的，因而檢測仿真必須逼真的再現這一過程，這也是整個仿真系統的核心問題。為保證測頭可靠地撞擊上待測物體，應使測頭檢測運動的*遠行程大于測頭到實際接觸點位置的距離，即實際接觸點位于測量起始點與測頭*遠行程點之間的直線段??。 5、結束語 將檢測技術融于數控加工的內容之中，采用在線測量的方式，能使操作者及時發現工件存在的問題，并反饋給數控系統。據抽樣調查，目前我國因產品質量問題，如廢品、次品、返修品等，所造成的經濟損失約為產值的10%～15%，而在線測量技術應用于數控系統，其*直接的經濟效益就在在于既節省了工時又提高了測量精度。而且由于利用了機床數控系統的功能，又使得數控系統能及時得到檢測系統所反饋的信息，從而能及時修正系統誤差和隨機誤差，以改變機床的運動參數，更好地保證加工質量，促進加工測量一體化的發展。可以預見，在線測量技術在數控機床中的應用未來具有廣闊的前景。 |