在機測量的應用過程

複合式測量數據是通過無線傳感器傳遞給控製計算機的。測量數據分為激光點雲掃描數據和探針點雲探測數據兩種，其中探針點雲探測數據由接觸式測量方式獲得，該測量方式的特點是測量精度（dù）較高，但是測（cè）量速（sù）度慢，因此點雲數據稀疏；激光點雲掃（sǎo）描數據采用非接觸的激光器和攝像機實現，具有測量速度快的優勢，測量信息較為稠密，但是（shì）測量數據精度相對較低。兩種測量數據分別在不（bú）同時段獲得，數據由測量係統無線發送器發出後，由控製計算機的無線接收端實（shí）時接收和自動存儲。在（zài）機測量係統依（yī）據（jù）測量型麵的特（tè）征對測量點的（de）數量、分（fèn）布及測量進度（dù）進（jìn）行動（dòng）態規劃，並基於OpenGL三維引擎技術（shù）實現加工型麵的三維繪製，從而為用（yòng）戶提供直觀的測量交互界麵。為實現數控（kòng）機床加工工件在線測量（liàng）任務，在機（jī）檢測係統的基本操作步（bù）驟分為如下6個步驟：

（1）用戶通過控製（zhì）計算（suàn）機讀取待測工件的CAD標準數據；

（2）機（jī）床檢測狀態初始化；

（3）控製（zhì）計算（suàn）機向機床發送檢測控製命令，完成整個工件（jiàn）測（cè）量任務；

（4）讀取和顯示測（cè）量結果；

（5）數據後處（chù）理，根據不同（tóng）工件特點實現曲麵重（chóng）建和模型驗（yàn）證；

（6）生成數控加工修正G代碼。

此外，用戶也可以根據測量（liàng）需要，通過交互幹預修改測點位置、數量以及測量路徑，從而獲得特定的測量方案和結（jié）果（guǒ）。控製計算機讀取的CAD標準數（shù）據主要是待測工件（jiàn）的三維模型（xíng）信息，也就是工件（jiàn）加（jiā）工所依據的設計尺寸。同時，標準數據還（hái）包括工件關鍵（jiàn）截麵尺寸和各部分加工精度要求，便於測量方式、測量（liàng）路徑規劃方法的選擇和後續測量（liàng）結果的評價。

3.2 在機測量係統功能模塊（kuài）組成（chéng）

工件在機檢測係統采用獨立模塊化的開發方式，更有利於滿足用戶的選擇性需求。被（bèi）測工件通常具有較多的圓孔（kǒng）、凹槽、凸台或自由曲麵等不規則特征，其（qí）檢測過程結合多種測量（liàng）方法和多次重複分區域測量是十（shí）分必（bì）要的。在（zài）係統結構中（zhōng），控製計算機與數（shù）控加（jiā）工設備的（de）銜接是靠串口通（tōng）訊實現的，並且通過無線收發器實時讀取檢測數據信（xìn）息。從數據接（jiē）口、坐標係映射、工藝（yì）流程（chéng）指導（dǎo）3個環節建立完整的接口，保證檢測環節與（yǔ）加工環節的協調（diào）工作。數控加工（gōng）在機檢測係統（tǒng）所涉（shè）及功能模塊。

係統功能模塊（kuài）主（zhǔ）要分為4個組成（chéng）部分，其中接觸式測量（liàng）、非接觸式測量及信息融合3個基本模塊構成了（le）工件測量（liàng）信息獲取及與處理部（bù）分（fèn）；係統標定、機械結構應力分析、測量包絡域分析和誤差補償構（gòu）成測量係統自校正部分；數控（kòng）加工控製、路徑規劃及（jí）各接口模塊構成測量係（xì）統的運動與信息傳輸部分；數據處理、表麵品質評估與加工路徑修正等模塊構成（chéng）測量係統的（de）測量結（jié）果生成與顯示部分。上述測量係統的4個組成部分相互耦合連（lián）接，信息共享，成為實現數控加工在機檢（jiǎn）測的基本構成部分。

數控加工在機檢測係統模塊化設計不僅增加了用戶選（xuǎn）擇產品的靈活性，滿足（zú）不（bú）同精度（dù）和要求產（chǎn）品質量的評估需求，同（tóng）時也（yě）為在（zài）機檢測（cè）係統的升（shēng）級和改進提供了方便。

從軟件實現角度（dù），將測量係統的功能模塊序列化和結構化是十分必要的（de），它不僅能夠更好地體現測量軟件設計思路（lù），而且使得各具體（tǐ）功（gōng）能模塊的實（shí）現過程更加清晰。將軟件功能層次化，能夠根據操作流程理（lǐ）清軟件（jiàn）代碼編寫思路，提高軟（ruǎn）件編寫質（zhì）量和速度（dù）。將工件在機檢測係統的軟件（jiàn）功能劃分為4個層次，其操作流程。

在機測量係統軟件共分為（wéi）通訊層、算法層、處理層和接口層4個層（céng）次。其中算法層設計為測量軟件功能（néng）實現的重（chóng）點，包括了曲麵重構、誤差補償、數據融合以及測頭姿態與檢測路徑規劃等重要核心算法的實現；處理層和接口層為測量（liàng）信息提供數據維（wéi）護和顯示（shì）等操作；而（ér）通訊層實現數據或控製（zhì）命令在各係（xì）統組成（chéng）部分之間的傳遞。

為實現加工過程自動化，依據加工（gōng）工件檢測評估結果，控製（zhì）計算機檢測軟件會根據不同數控加工係統的需求，生成相應的加工刀具位姿和加（jiā）工路徑修（xiū）正G代碼，並作為另一種檢測結果形式傳遞給機床。這種工件在機檢測與修正加工路徑相結合的一體化加工係（xì）統（tǒng），進一步提高了數控加工複雜工件的效率。

3.3 工件在機測量實現過程

測量數據融合處理是該測量係統的一個重要特點。工件測量（liàng）方式的選擇需要綜合考慮很多因素，其中包（bāo）括測量（liàng）精度（dù）要求、測（cè）量時間、測量環境、待（dài）測工件的複雜（zá）程度、待測工件的表麵粗糙度和材質硬度等。文中（zhōng）提出的複（fù）合式測量方法根據上述具體情況采用不同的測量規劃方法。對於測量速（sù）度要求較高、而測量精度不高的粗加工件，通常主要（yào）由激光非接觸式測量完（wán）成。尤其是對於蠟模（mó）和材質相（xiàng）對較軟的（de）工件，激光非接觸式測量方法具（jù）有保（bǎo）護加工件不被測具破壞（huài）的優（yōu）點。對於大部分精密合金工件，其局部尺寸特（tè）征（zhēng）會影響到整個工件的（de）工作性能，這些關鍵型麵由測頭探針進行接觸式重複測量，保證加工精度。這樣，激光測量結果經過信息濾波和（hé）平滑處理後，其邊緣特征、局部遮擋特征和關鍵型麵特征都可以（yǐ）由探針測（cè）量（liàng）數（shù）據進行補（bǔ）償和校正。工件在機測量實現過程。

數控（kòng）加工工件在（zài）機測量係統（tǒng）按測量要（yào）求自動生成測量控（kòng）製指（zhǐ）令，並由（yóu）控製計算機通過串行通訊方（fāng）式傳遞給機床數控加工係統。一條測量控製指令的生成過程需要滿足係統規則，首先測量（liàng）係統驅動加工主軸在刀庫中選擇複合式測（cè）頭，並在控製計算機與測頭（tóu）間建立無線通（tōng）訊連接；測量係統參數精確標定和激光自動掃描路徑規劃（huá）G代碼傳遞（dì）；機床驅動主軸，對工件進行非接（jiē）觸式激光測量；手動進行（háng）探針接觸式測量點選取，生成接觸式測（cè）量路徑和G代碼傳遞；機（jī）床驅動主軸，對工件（jiàn）進行接觸式探針測（cè）量（liàng）；最終進（jìn）行工件測量信（xìn）息完整性（xìng）確認，對（duì）不滿足測量要求的區域進行測量方式調整和補測或重測。

4 工件測量三維模型重構實驗結果

為實施文中提出的在機工件測量方案，基於FUNAC 0i數控係統和VMC0851型號數（shù）控加工中心平台，加（jiā）工製作了新型複合式在機測頭，並（bìng）完成了典型具（jù）有孔、麵和階梯塊基本特征（zhēng）工件（jiàn）的在機（jī）測（cè）量。控製計算機通過無線（xiàn）網絡接受來自測頭的測量信息，並實現了數據預處理及工件三維模型重構，模型重構結果與工件設計加工（gōng）CAD標準型麵尺（chǐ）寸做誤差比較分析後，生成加工誤差報告。

5 結論（lùn）

本文研究了（le）一種用於數控加工機床的工件（jiàn）在機檢測技術問題。本文的主要貢獻在於：提出了一種新型的工件表麵尺寸在機測量方（fāng）法，將檢測技術融於數控加工的過程之中，采用在（zài）機測量（liàng）的方式，及時（shí）發現工件加工過程型麵尺寸缺陷，並反饋（kuì）給（gěi）數控（kòng）加工係統。該係（xì）統能及時修正加工過程誤差和隨機誤差，以改（gǎi）變機床的運動參數，更好地保證加工（gōng）質量（liàng），促進加工與測量一體化發展。研究不同特征型麵的複合式測量運動路徑規劃合理性是下一步工作的重點。