計算機輔助在線檢（jiǎn）測係統組（zǔ）成

數控機床是現代高科（kē）技發展的產物。每當加工一批零件時，都需要完成大量的測試，包（bāo）括夾具和零件的夾緊和找正、零件編程（chéng）原（yuán）點的確定、第一個零件的測試、工序間的（de）測試和加工（gōng）後的測試等。目前，完成這些測（cè）試的主要（yào）手段有人工測試、離線測試和在線測試。在線檢測又稱實時檢測，是在（zài）加工過程中對刀具進行（háng）實（shí）時檢測，並根據檢（jiǎn）測結果做出相應的（de）處理。在線檢測是（shì）一種基於（yú）計算機自動控製的檢測技（jì）術，其檢測過程由數控程序控製。閉環檢測的（de）優點是:可以保證數控機床的精度，擴展數控（kòng）機床的功（gōng）能，改善數控機床的性能，提高數控機床的效（xiào）率。

1、數控機床在線檢測係統（tǒng）的組成

數控機床在線檢（jiǎn）測係統有兩種（zhǒng），一種是不需要計算機輔助，直接（jiē）調用基本宏程（chéng）序（xù）；另（lìng）一（yī）種是自己開發宏程序庫，借助計算機（jī）輔助編程係統隨時生成檢測程序，然後傳輸到數控係統。

數控機（jī）床在（zài）線檢測係統由軟件和（hé）硬（yìng）件組成。硬件通常由以下部分組（zǔ）成:

(1)機（jī）床本體

機床是加工和檢（jiǎn）測的基（jī）礎，其工作部件是（shì）實現（xiàn）基本運動的部件。其（qí）傳動部件的精度直接影（yǐng）響加工和檢測的精度。

(2)數控係統

目前數控機床普遍采用CNC數控係統，其主要特點是輸入存儲（chǔ）、數（shù）控加工、插補運算以及機床的各種（zhǒng）控製功能都是通過程（chéng）序實現的。計算機可以通過接口設備與其他設備連接。當控（kòng）製對象或（huò）功能改變時，隻需改變軟件和界麵。一般數控係統由CPU存儲器和I/O接口組成，CPU由存儲（chǔ）器、運（yùn）算（suàn）器、控製器和總線組成。

(3)伺服係統

伺（sì）服係（xì）統是數控機床的重要組（zǔ）成部分，用於實（shí）現數控機床進給位置和主軸轉速(或位置)的伺（sì）服控製。伺服係統的性能是決定機（jī）床（chuáng）加工精度、測量精度、表麵（miàn）質（zhì）量和生產效率（lǜ）的主要因素。

(4)測量係（xì）統

測量係統由接觸觸發探頭（tóu）、信（xìn）號傳輸係統（tǒng）和數據采（cǎi）集係統組成，是數控（kòng）機床在線檢測係統（tǒng）的關鍵部分，直接影（yǐng）響在（zài）線檢測的精度（dù）。其中，最關鍵的部（bù）件是測頭，它可以（yǐ）用來測量加工過程中的尺寸。根據測量結果，可（kě）以自動修改加工程序，提高加工精度，使（shǐ）數控機床不僅是加工設備，還具有測量機（jī）的某些功能。

它們用於（yú）數控車床、加工中心（xīn）、數控磨床、專用機床和其他（tā）數控機床。根據探頭的功（gōng）能，可分為（wéi）工件檢測（cè）探頭和刀（dāo）具探頭。按信號傳輸方式可分為（wéi）硬線連接型、感（gǎn）應型、光學型和無線電型（xíng）；按（àn）接觸形式可分為接（jiē）觸式測量和非接觸式測量。用戶可（kě）以根據機床（chuáng）的具體型號選擇合（hé）適的配置。

(5)計算機係統

在線檢測（cè）係統利用計算機采集（jí）和處理測量數據（jù），生成檢測數控程序，模擬（nǐ）檢測過程，並與數控機床進行通信。在線檢測（cè）係統一般采用奔騰級或（huò）以上的計算機，考慮到流行的Windows和CAD/CAM/CAPP/CAM和VC++軟件的運行，減少測量（liàng）結果的分析計算時間。

2.數控機床（chuáng）在線檢測的工作原理

要實現（xiàn）數控（kòng）機床（chuáng）的在線檢測，首先要在計算機輔助編程係統上自動（dòng）生成主檢測程序（xù），然後通過通信接口傳輸給數控（kòng）機（jī）床。通過G31跳過指令，探針沿著程序指定的路徑（jìng）移動。當測（cè）頭接觸（chù）工件時，發出（chū）一個觸發信號，通過測頭與數控係統之（zhī）間的專用接口（kǒu）傳輸到轉換器，轉換（huàn）後（hòu）再傳輸到機床的控製係統。記錄（lù）下該（gāi）點的坐標。收到信號後，機床停止運（yùn）動，通過通訊接口將測點坐標傳回計算機，然後進行下一次測（cè）量動作。上位機通過監控CNC係統返回的測（cè）量值，對係統的測量結果進行計算、補（bǔ）償和可視化。測量典型幾何圖形時路（lù）徑檢測（cè）的步驟（zhòu）如下:

1、確定待測零件的形狀特（tè）征幾何特（tè）征；

2.確定待（dài）測零件的精度特性；

3.根據（jù）被測形狀特征、幾何特征和精度（dù）特征，確定檢測點（diǎn）的數量和分布；

4.根據測（cè）點和分布形式（shì）建立數學計算公式；

5.確定被檢測零件的（de）工件坐標係；

6.根據檢測條件確定檢測路（lù）徑。

3.數控機床在線檢測（cè）編（biān）程

在線檢測技術的關鍵主要體現在檢測方案（àn）的編製上，檢測方案編製的質量直接影響檢測效果。目前有商業軟件和自研軟件。商（shāng）業化的軟件，如英國DELCAM公司的新版PowerInspect，是一種開放的（de）測試軟件，不受（shòu）測量設備的限製，可以在線測試（shì），也可（kě）以離線測試。它不僅提供了在線檢測的功能，還可以在檢測前為讀取的CAD模型規劃檢測路徑，並對檢測進行仿真。然後將編程後（hòu）的程序傳（chuán）輸到數控測試設備進行自動測試。該軟件是專門為數控機床配套係統編寫的，主要（yào）用於根據（jù）原始CAD數據對樣品、複（fù）雜零件和大型零件、多工序零件和模具進行檢驗（yàn）。

自研軟件的編程方（fāng）法有（yǒu）基於C、C++、VC++、VB、Delphi開發平（píng）台的在線檢測編程和基於CAD開發平台的（de）在線檢測編程。

一些主（zhǔ）要檢測模塊的（de）功能如下:

(1)測量主程序自動生成模塊:主要用於輸入被測零件的信息，生成檢測主程序。

(2)誤差補償模塊:對（duì）測量過程中產生的（de）誤差進行補償，提高測量（liàng）精度。

(3)通訊模塊:完成主程序和被調用宏程序的發送以及測點坐標信息的接收。

(4)測量宏程序模塊:實現（xiàn）宏程序（xù）管理和內部調用。主要模塊是查找、添（tiān）加、修改和刪除宏程（chéng）序。

(5)數（shù）據處理模塊:對測點坐標進行（háng）補償，完（wán）成（chéng）各種尺寸和精度計算。通過打開測量結果數據文件，獲得測（cè）量點（diǎn）的坐標信息，通過相應的操作過程，最終獲得測量值。

基於CAD開發平台的在線檢測自動編程采用AutoCAD作為係統集成開發平台，ObjectARY作（zuò）為（wéi）二次開發工具。該係統的開發可以彌補CAD/CAM係統功能的不足，實現檢測程序的圖形化編程，即CAD在線檢測。

4.數控機床（chuáng）在線檢測係統的（de）仿真

目前數（shù）控機床的在線檢測可以借鑒CAD/ CAM技術的發展思路，開發相應的（de）在線檢測仿真係統。該仿真係統（tǒng）圖形化地再現了數控機床的在線檢測過程，可以直觀地檢查檢測路徑規劃，提前發現宏編程中的錯誤，避免在線檢測（cè）係統（tǒng）在真實檢測過程中的損壞。

以VC++為係（xì）統開發工具，OpenGL為三維場景開發工具（jù），按照麵向對象的（de）編程思想開發數控機床在線檢測仿真係統的過程如下:

(1)虛擬測試環（huán）境的建立

圖（tú）形處理采用（yòng）OpenGL標準。OpenGL是圖形硬件的軟件（jiàn）接口，可用於幾何建模、圖形變換、渲染、光照、材質（zhì）等操作。圖形的大部分底（dǐ）層處理都是由一些特（tè）殊的函數來處理的。

(2)檢測信息的提取（qǔ）

在在線測試仿真係統中，測量宏程序的每一條（tiáo）語句都必須如實地反映在仿真過（guò）程（chéng）中（zhōng），也就是用測量宏程序來驅動測試仿真過程。因此，仿真（zhēn）係統應該具有完整的檢測信息提（tí）取能力，能（néng）夠實現測量程序的語法檢（jiǎn）查，能夠（gòu）實現（xiàn）相關的計算和判（pàn）斷（duàn），最重要的是能夠提取探頭的運動軌跡來驅動探頭的檢測仿真（zhēn）。

(3)虛擬探頭的驅動

在線檢測係統利用探頭與被檢測物體的碰撞（zhuàng）來確定（dìng）接觸點的位置信息，因此檢測仿真必須逼真地再現這一過程，這也是（shì）整個仿真係統的核心（xīn）問題。為了（le）保證探頭可靠地（dì）擊中（zhōng）待測物體，探頭的最遠行程應大於探（tàn）頭與實（shí）際接觸點之間的距離，即實際接觸點位於（yú）測量起點（diǎn）與探頭最遠行程點之間的直線上（shàng）。