計算機輔（fǔ）助（zhù）在線檢測係統組成

數控機床是（shì）現代高科技發展的產物（wù）。每當加（jiā）工一批零件（jiàn）時，都（dōu）需要完（wán）成大量的測（cè）試（shì），包括夾具和零（líng）件的夾緊和找正、零件（jiàn）編程（chéng）原點的確定、第（dì）一個零（líng）件的測（cè）試、工序（xù）間的測試和加工後的測試等。目前（qián），完成這些測試（shì）的主要手段有人工測試、離線測試和在線測（cè）試。在線檢測又稱實（shí）時檢測，是在加工過程中對刀具進行實時檢測，並根據檢測結果做出相應的處理。在（zài）線檢測是一種（zhǒng）基於計算機自動控製的檢測技（jì）術，其檢測過程由數控程（chéng）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（shù）控機床（chuáng）的功（gōng）能（néng），改善（shàn）數控機床的性能，提高數控機床（chuáng）的效率（lǜ）。

1、數控機床在線檢測係統的組成

數控機床在線（xiàn）檢測係統有兩種，一種是不需要（yào）計算機（jī）輔助，直接調用基本宏程（chéng）序；另一種是自己開發宏程序庫，借助計算機輔助（zhù）編程係統隨時生成檢測程序，然後傳（chuán）輸到數控係（xì）統。

數控機（jī）床在（zài）線（xiàn）檢測係統由（yóu）軟件和硬件組成（chéng）。硬件通常由以下部分組成:

(1)機床本體

機床是加工和檢測的基礎，其工（gōng）作部件（jiàn）是實現基本運動的部件（jiàn）。其傳動部件（jiàn）的精度直接影響加工和檢測的精度。

(2)數控係統

目前數控（kòng）機床普遍（biàn）采用CNC數控係統，其主要特點是輸（shū）入存儲、數控加工、插補運算以及機床的各（gè）種控製功能都是通過程序實現的（de）。計算機可以通過接口設備與（yǔ）其他（tā）設備連接（jiē）。當控製對象（xiàng）或功能改變時，隻需改變軟件和界麵。一般數控係統由（yóu）CPU存儲器和（hé）I/O接口組成，CPU由存儲器、運算器、控製器和總線組成。

(3)伺服係統

伺服係統是（shì）數控機床（chuáng）的重要組成（chéng）部分，用於實現數控機床進給（gěi）位置和主軸轉速(或位置)的伺服控製。伺服係統的性能是決定機床加工精度、測量精度、表麵質量和生（shēng）產效率的主要因素。

(4)測量係統

測量係統由接觸（chù）觸發探頭、信號傳輸係統和數據采集係統組成（chéng），是數（shù）控（kòng）機床在線檢測係統的（de）關鍵部分，直接影（yǐng）響在線檢測的精度。其中（zhōng），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（cùn）。根據測（cè）量結果，可以自動修改加工程序，提高加（jiā）工精度，使數控機床不僅是加工設備，還（hái）具有測量機的某些功能。

它們用於數控車床、加工中心、數控磨床、專（zhuān）用機床和其他數控機床。根據探頭的功（gōng）能，可（kě）分為工件檢（jiǎn）測探頭和刀具探頭（tóu）。按信號（hào）傳輸方式可分為硬線連接（jiē）型、感應型、光學型和（hé）無線電型；按接觸形式可分為接觸（chù）式（shì）測量和非接觸式測量（liàng）。用戶可以根據機床的具體型號選擇合適的配置。

(5)計算機（jī）係統

在線檢測（cè）係統利用計算機采集（jí）和處理（lǐ）測量數據，生成（chéng）檢測數控（kòng）程序，模擬檢測過程，並與數控機床進（jìn）行（háng）通信。在線檢測係統一般采用奔（bēn）騰（téng）級或以上的計算機，考慮到流行的Windows和（hé）CAD/CAM/CAPP/CAM和VC++軟件的（de）運行，減少（shǎo）測量結果的分析計算時間。

2.數控機床在（zài）線檢（jiǎn）測的工作原理

要實現數控機床的在線檢測，首先要在計算機輔助編程係統上自動生成主（zhǔ）檢測程序，然後通過通信接口傳輸給數控機（jī）床（chuáng）。通過G31跳過指（zhǐ）令，探針沿著程序指定的路徑移動。當測頭接觸工件時，發出一個觸發信號，通過測頭與數控係統之間的專用（yòng）接口傳輸到（dào）轉換器，轉換後再（zài）傳輸到機床的控製係統。記錄下該點的坐（zuò）標。收到信號後，機床停止運動，通過通訊接口將測點坐標傳回計算（suàn）機，然（rán）後（hòu）進行下一次測量動作。上位機通過監控CNC係統返回的測量值，對係統的測量結果進行計（jì）算、補償和可視化。測量典型幾（jǐ）何圖形（xíng）時路徑檢測的（de）步驟如下:

1、確定待測零件的形狀特征幾何特征；

2.確定待（dài）測零件的精度特（tè）性；

3.根據被測形狀特征、幾何特征和精度特征，確定（dìng）檢測點的數量和分布；

4.根據測點和分布形式建立數學計算公式；

5.確定被檢測零件的工件坐（zuò）標係；

6.根據檢測條（tiáo）件確定（dìng）檢（jiǎn）測路徑。

3.數（shù）控機床在線檢（jiǎn）測編程

在線檢測技術的關鍵（jiàn）主（zhǔ）要體現在檢測方案的編製上，檢測方案編製的質量直（zhí）接影響檢（jiǎn）測效果。目前有（yǒu）商業軟件和自研（yán）軟（ruǎn）件。商業化的（de）軟件，如（rú）英國DELCAM公司的新版PowerInspect，是一種開（kāi）放的測（cè）試軟件，不（bú）受測量設備的限（xiàn）製，可以在（zài）線測試，也可以離線測（cè）試（shì）。它不僅提供了在線檢測的功能，還可以在檢測前為讀取的（de）CAD模型規劃檢測路徑，並對檢測進行仿真。然後將編程後的程序傳（chuán）輸到數控測試設備（bèi）進行自動測試。該（gāi）軟件是專門為數控機床（chuáng）配套係（xì）統編寫的，主要用於根據原始CAD數（shù）據對（duì）樣品、複雜（zá）零件和大型零件、多（duō）工（gōng）序零件和模具進行（háng）檢驗（yàn）。

自研軟件（jiàn）的編程方法有基於C、C++、VC++、VB、Delphi開發平台的在線檢測編程和基於CAD開發平台的在線檢測編（biān）程。

一些主要檢測模塊的功能如下:

(1)測量主程序自動生（shēng）成模（mó）塊:主（zhǔ）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（mó）塊:對測量過（guò）程中產生的誤差進（jìn）行補償，提高測量精度。

(3)通訊模塊:完成主程序和被（bèi）調用宏程序的發送以及測點（diǎn）坐標信息的接收（shōu）。

(4)測量宏程序模塊:實（shí）現宏程序管理和內部調用。主要模塊是查找、添加、修改和刪除宏程序。

(5)數（shù）據處理模塊:對（duì）測點坐標進行補償，完成各種尺寸和精度計算。通過打開測量結果數據文件，獲（huò）得測量點的（de）坐標（biāo）信息，通過相應（yīng）的操作過程，最終（zhōng）獲（huò）得測量值（zhí）。

基於CAD開發平台的在線檢（jiǎn）測自動編程采（cǎi）用AutoCAD作為係統集成開發平台，ObjectARY作為二次開發工具。該係統的（de）開發可以彌補CAD/CAM係統（tǒng）功能的不足，實現檢測程（chéng）序的圖形化編程，即（jí）CAD在線檢測。

4.數控機床在（zài）線檢測係統的仿真

目前數控機床的在線（xiàn）檢測可以借鑒CAD/ CAM技術的發展思（sī）路，開發相應（yīng）的在線檢（jiǎn）測仿真係統。該仿真係統圖（tú）形化（huà）地再現了數控機床的（de）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，避免在線檢測係統在真實（shí）檢測過程中的損（sǔn）壞。

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

(1)虛擬測試環境的建立

圖形處（chù）理采用OpenGL標準。OpenGL是（shì）圖形硬件的軟件（jiàn）接（jiē）口，可用於幾何建模、圖形變換、渲染、光照、材質等操作。圖形的大部分底（dǐ）層處理都是由一些特殊的函數來處理的。

(2)檢測信息的提取（qǔ）

在在線測試仿真係統中，測量宏程（chéng）序的每一條語句都必須如實地反映在（zài）仿真過程中，也就是用測量宏程序來驅動測試仿真過程。因此，仿真係統應該具有完整的檢測信息提取能力，能夠實現測（cè）量（liàng）程（chéng）序的語法檢查，能夠實現相關的計算和判斷，最重（chóng）要的是能（néng）夠（gòu）提取探頭的運動軌跡（jì）來驅動探頭的檢測仿真。

(3)虛擬探頭（tóu）的驅動

在線檢測係統利（lì）用探頭與被檢測物（wù）體的碰（pèng）撞來確定接觸點的（de）位置信息，因此檢（jiǎn）測仿真必須逼（bī）真地再現這一過程，這也是整個仿真係（xì）統的核心問題。為（wéi）了保證探頭可靠地擊中待測物體，探頭的最遠行程應（yīng）大於探頭與（yǔ）實際接觸（chù）點之間的距離，即實際接觸點位於測量起點與探頭最遠行（háng）程點（diǎn）之間的直線上。