復(fù)合式測量數(shù)據(jù)是通過無線傳感器傳遞給控制計(jì)算機(jī)的。測量數(shù)據(jù)分為激光點(diǎn)云掃描數(shù)據(jù)和探針點(diǎn)云探測數(shù)據(jù)兩種，其中探針點(diǎn)云探測數(shù)據(jù)由接觸式測量方式獲得，該測量方式的特點(diǎn)是測量精度較高，但是測量速度慢，因此點(diǎn)云數(shù)據(jù)稀疏；激光點(diǎn)云掃描數(shù)據(jù)采用非接觸的激光器和攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)，具有測量速度快的優(yōu)勢，測量信息較為稠密，但是測量數(shù)據(jù)精度相對較低。兩種測量數(shù)據(jù)分別在不同時(shí)段獲得，數(shù)據(jù)由測量系統(tǒng)無線發(fā)送器發(fā)出后，由控制計(jì)算機(jī)的無線接收端實(shí)時(shí)接收和自動存儲。在機(jī)測量系統(tǒng)依據(jù)測量型面的特征對測量點(diǎn)的數(shù)量、分布及測量進(jìn)度進(jìn)行動態(tài)規(guī)劃，并基于OpenGL三維引擎技術(shù)實(shí)現(xiàn)加工型面的三維繪制，從而為用戶提供直觀的測量交互界面。為實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床加工工件在線測量任務(wù)，在機(jī)檢測系統(tǒng)的基本操作步驟分為如下6個(gè)步驟：

（1）用戶通過控制計(jì)算機(jī)讀取待測工件的CAD標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)；

（2）機(jī)床檢測狀態(tài)初始化；

（3）控制計(jì)算機(jī)向機(jī)床發(fā)送檢測控制命令，完成整個(gè)工件測量任務(wù)；

（4）讀取和顯示測量結(jié)果；

（5）數(shù)據(jù)后處理，根據(jù)不同工件特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)曲面重建和模型驗(yàn)證；

（6）生成數(shù)控加工修正G代碼。

此外，用戶也可以根據(jù)測量需要，通過交互干預(yù)修改測點(diǎn)位置、數(shù)量以及測量路徑，從而獲得特定的測量方案和結(jié)果?？刂朴?jì)算機(jī)讀取的CAD標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)主要是待測工件的三維模型信息，也就是工件加工所依據(jù)的設(shè)計(jì)尺寸。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)還包括工件關(guān)鍵截面尺寸和各部分加工精度要求，便于測量方式、測量路徑規(guī)劃方法的選擇和后續(xù)測量結(jié)果的評價(jià)。

3.2 在機(jī)測量系統(tǒng)功能模塊組成

工件在機(jī)檢測系統(tǒng)采用獨(dú)立模塊化的開發(fā)方式，更有利于滿足用戶的選擇性需求。被測工件通常具有較多的圓孔、凹槽、凸臺或自由曲面等不規(guī)則特征，其檢測過程結(jié)合多種測量方法和多次重復(fù)分區(qū)域測量是十分必要的。在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，控制計(jì)算機(jī)與數(shù)控加工設(shè)備的銜接是靠串口通訊實(shí)現(xiàn)的，并且通過無線收發(fā)器實(shí)時(shí)讀取檢測數(shù)據(jù)信息。從數(shù)據(jù)接口、坐標(biāo)系映射、工藝流程指導(dǎo)3個(gè)環(huán)節(jié)建立完整的接口，保證檢測環(huán)節(jié)與加工環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)工作。數(shù)控加工在機(jī)檢測系統(tǒng)所涉及功能模塊。

系統(tǒng)功能模塊主要分為4個(gè)組成部分，其中接觸式測量、非接觸式測量及信息融合3個(gè)基本模塊構(gòu)成了工件測量信息獲取及與處理部分；系統(tǒng)標(biāo)定、機(jī)械結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析、測量包絡(luò)域分析和誤差補(bǔ)償構(gòu)成測量系統(tǒng)自校正部分；數(shù)控加工控制、路徑規(guī)劃及各接口模塊構(gòu)成測量系統(tǒng)的運(yùn)動與信息傳輸部分；數(shù)據(jù)處理、表面品質(zhì)評估與加工路徑修正等模塊構(gòu)成測量系統(tǒng)的測量結(jié)果生成與顯示部分。上述測量系統(tǒng)的4個(gè)組成部分相互耦合連接，信息共享，成為實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工在機(jī)檢測的基本構(gòu)成部分。

數(shù)控加工在機(jī)檢測系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)不僅增加了用戶選擇產(chǎn)品的靈活性，滿足不同精度和要求產(chǎn)品質(zhì)量的評估需求，同時(shí)也為在機(jī)檢測系統(tǒng)的升級和改進(jìn)提供了方便。

從軟件實(shí)現(xiàn)角度，將測量系統(tǒng)的功能模塊序列化和結(jié)構(gòu)化是十分必要的，它不僅能夠更好地體現(xiàn)測量軟件設(shè)計(jì)思路，而且使得各具體功能模塊的實(shí)現(xiàn)過程更加清晰。將軟件功能層次化，能夠根據(jù)操作流程理清軟件代碼編寫思路，提高軟件編寫質(zhì)量和速度。將工件在機(jī)檢測系統(tǒng)的軟件功能劃分為4個(gè)層次，其操作流程。

在機(jī)測量系統(tǒng)軟件共分為通訊層、算法層、處理層和接口層4個(gè)層次。其中算法層設(shè)計(jì)為測量軟件功能實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)，包括了曲面重構(gòu)、誤差補(bǔ)償、數(shù)據(jù)融合以及測頭姿態(tài)與檢測路徑規(guī)劃等重要核心算法的實(shí)現(xiàn)；處理層和接口層為測量信息提供數(shù)據(jù)維護(hù)和顯示等操作；而通訊層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)或控制命令在各系統(tǒng)組成部分之間的傳遞。

為實(shí)現(xiàn)加工過程自動化，依據(jù)加工工件檢測評估結(jié)果，控制計(jì)算機(jī)檢測軟件會根據(jù)不同數(shù)控加工系統(tǒng)的需求，生成相應(yīng)的加工刀具位姿和加工路徑修正G代碼，并作為另一種檢測結(jié)果形式傳遞給機(jī)床。這種工件在機(jī)檢測與修正加工路徑相結(jié)合的一體化加工系統(tǒng)，進(jìn)一步提高了數(shù)控加工復(fù)雜工件的效率。

3.3 工件在機(jī)測量實(shí)現(xiàn)過程

測量數(shù)據(jù)融合處理是該測量系統(tǒng)的一個(gè)重要特點(diǎn)。工件測量方式的選擇需要綜合考慮很多因素，其中包括測量精度要求、測量時(shí)間、測量環(huán)境、待測工件的復(fù)雜程度、待測工件的表面粗糙度和材質(zhì)硬度等。文中提出的復(fù)合式測量方法根據(jù)上述具體情況采用不同的測量規(guī)劃方法。對于測量速度要求較高、而測量精度不高的粗加工件，通常主要由激光非接觸式測量完成。尤其是對于蠟?zāi)：筒馁|(zhì)相對較軟的工件，激光非接觸式測量方法具有保護(hù)加工件不被測具破壞的優(yōu)點(diǎn)。對于大部分精密合金工件，其局部尺寸特征會影響到整個(gè)工件的工作性能，這些關(guān)鍵型面由測頭探針進(jìn)行接觸式重復(fù)測量，保證加工精度。這樣，激光測量結(jié)果經(jīng)過信息濾波和平滑處理后，其邊緣特征、局部遮擋特征和關(guān)鍵型面特征都可以由探針測量數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償和校正。工件在機(jī)測量實(shí)現(xiàn)過程。

數(shù)控加工工件在機(jī)測量系統(tǒng)按測量要求自動生成測量控制指令，并由控制計(jì)算機(jī)通過串行通訊方式傳遞給機(jī)床數(shù)控加工系統(tǒng)。一條測量控制指令的生成過程需要滿足系統(tǒng)規(guī)則，首先測量系統(tǒng)驅(qū)動加工主軸在刀庫中選擇復(fù)合式測頭，并在控制計(jì)算機(jī)與測頭間建立無線通訊連接；測量系統(tǒng)參數(shù)精確標(biāo)定和激光自動掃描路徑規(guī)劃G代碼傳遞；機(jī)床驅(qū)動主軸，對工件進(jìn)行非接觸式激光測量；手動進(jìn)行探針接觸式測量點(diǎn)選取，生成接觸式測量路徑和G代碼傳遞；機(jī)床驅(qū)動主軸，對工件進(jìn)行接觸式探針測量；最終進(jìn)行工件測量信息完整性確認(rèn)，對不滿足測量要求的區(qū)域進(jìn)行測量方式調(diào)整和補(bǔ)測或重測。

4 工件測量三維模型重構(gòu)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為實(shí)施文中提出的在機(jī)工件測量方案，基于FUNAC 0i數(shù)控系統(tǒng)和VMC0851型號數(shù)控加工中心平臺，加工制作了新型復(fù)合式在機(jī)測頭，并完成了典型具有孔、面和階梯塊基本特征工件的在機(jī)測量?？刂朴?jì)算機(jī)通過無線網(wǎng)絡(luò)接受來自測頭的測量信息，并實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)預(yù)處理及工件三維模型重構(gòu)，模型重構(gòu)結(jié)果與工件設(shè)計(jì)加工CAD標(biāo)準(zhǔn)型面尺寸做誤差比較分析后，生成加工誤差報(bào)告。

5 結(jié)論

本文研究了一種用于數(shù)控加工機(jī)床的工件在機(jī)檢測技術(shù)問題。本文的主要貢獻(xiàn)在于：提出了一種新型的工件表面尺寸在機(jī)測量方法，將檢測技術(shù)融于數(shù)控加工的過程之中，采用在機(jī)測量的方式，及時(shí)發(fā)現(xiàn)工件加工過程型面尺寸缺陷，并反饋給數(shù)控加工系統(tǒng)。該系統(tǒng)能及時(shí)修正加工過程誤差和隨機(jī)誤差，以改變機(jī)床的運(yùn)動參數(shù)，更好地保證加工質(zhì)量，促進(jìn)加工與測量一體化發(fā)展。研究不同特征型面的復(fù)合式測量運(yùn)動路徑規(guī)劃合理性是下一步工作的重點(diǎn)。