數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代高科技發(fā)展的產(chǎn)物。每當(dāng)加工一批零件時(shí)，都需要完成大量的測(cè)試，包括夾具和零件的夾緊和找正、零件編程原點(diǎn)的確定、第一個(gè)零件的測(cè)試、工序間的測(cè)試和加工后的測(cè)試等。目前，完成這些測(cè)試的主要手段有人工測(cè)試、離線測(cè)試和在線測(cè)試。在線檢測(cè)又稱實(shí)時(shí)檢測(cè)，是在加工過(guò)程中對(duì)刀具進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果做出相應(yīng)的處理。在線檢測(cè)是一種基于計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的檢測(cè)技術(shù)，其檢測(cè)過(guò)程由數(shù)控程序控制。閉環(huán)檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是:可以保證數(shù)控機(jī)床的精度，擴(kuò)展數(shù)控機(jī)床的功能，改善數(shù)控機(jī)床的性能，提高數(shù)控機(jī)床的效率。

1、數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)系統(tǒng)的組成

數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)系統(tǒng)有兩種，一種是不需要計(jì)算機(jī)輔助，直接調(diào)用基本宏程序；另一種是自己開發(fā)宏程序庫(kù)，借助計(jì)算機(jī)輔助編程系統(tǒng)隨時(shí)生成檢測(cè)程序，然后傳輸?shù)綌?shù)控系統(tǒng)。

數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)系統(tǒng)由軟件和硬件組成。硬件通常由以下部分組成:

(1)機(jī)床本體

機(jī)床是加工和檢測(cè)的基礎(chǔ)，其工作部件是實(shí)現(xiàn)基本運(yùn)動(dòng)的部件。其傳動(dòng)部件的精度直接影響加工和檢測(cè)的精度。

(2)數(shù)控系統(tǒng)

目前數(shù)控機(jī)床普遍采用CNC數(shù)控系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是輸入存儲(chǔ)、數(shù)控加工、插補(bǔ)運(yùn)算以及機(jī)床的各種控制功能都是通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)的。計(jì)算機(jī)可以通過(guò)接口設(shè)備與其他設(shè)備連接。當(dāng)控制對(duì)象或功能改變時(shí)，只需改變軟件和界面。一般數(shù)控系統(tǒng)由CPU存儲(chǔ)器和I/O接口組成，CPU由存儲(chǔ)器、運(yùn)算器、控制器和總線組成。

(3)伺服系統(tǒng)

伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床進(jìn)給位置和主軸轉(zhuǎn)速(或位置)的伺服控制。伺服系統(tǒng)的性能是決定機(jī)床加工精度、測(cè)量精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率的主要因素。

(4)測(cè)量系統(tǒng)

測(cè)量系統(tǒng)由接觸觸發(fā)探頭、信號(hào)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，是數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，直接影響在線檢測(cè)的精度。其中，最關(guān)鍵的部件是測(cè)頭，它可以用來(lái)測(cè)量加工過(guò)程中的尺寸。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，可以自動(dòng)修改加工程序，提高加工精度，使數(shù)控機(jī)床不僅是加工設(shè)備，還具有測(cè)量機(jī)的某些功能。

它們用于數(shù)控車床、加工中心、數(shù)控磨床、專用機(jī)床和其他數(shù)控機(jī)床。根據(jù)探頭的功能，可分為工件檢測(cè)探頭和刀具探頭。按信號(hào)傳輸方式可分為硬線連接型、感應(yīng)型、光學(xué)型和無(wú)線電型；按接觸形式可分為接觸式測(cè)量和非接觸式測(cè)量。用戶可以根據(jù)機(jī)床的具體型號(hào)選擇合適的配置。

(5)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

在線檢測(cè)系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)采集和處理測(cè)量數(shù)據(jù)，生成檢測(cè)數(shù)控程序，模擬檢測(cè)過(guò)程，并與數(shù)控機(jī)床進(jìn)行通信。在線檢測(cè)系統(tǒng)一般采用奔騰級(jí)或以上的計(jì)算機(jī)，考慮到流行的Windows和CAD/CAM/CAPP/CAM和VC++軟件的運(yùn)行，減少測(cè)量結(jié)果的分析計(jì)算時(shí)間。

2.數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)的工作原理

要實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的在線檢測(cè)，首先要在計(jì)算機(jī)輔助編程系統(tǒng)上自動(dòng)生成主檢測(cè)程序，然后通過(guò)通信接口傳輸給數(shù)控機(jī)床。通過(guò)G31跳過(guò)指令，探針沿著程序指定的路徑移動(dòng)。當(dāng)測(cè)頭接觸工件時(shí)，發(fā)出一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，通過(guò)測(cè)頭與數(shù)控系統(tǒng)之間的專用接口傳輸?shù)睫D(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換后再傳輸?shù)綑C(jī)床的控制系統(tǒng)。記錄下該點(diǎn)的坐標(biāo)。收到信號(hào)后，機(jī)床停止運(yùn)動(dòng)，通過(guò)通訊接口將測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)傳回計(jì)算機(jī)，然后進(jìn)行下一次測(cè)量動(dòng)作。上位機(jī)通過(guò)監(jiān)控CNC系統(tǒng)返回的測(cè)量值，對(duì)系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行計(jì)算、補(bǔ)償和可視化。測(cè)量典型幾何圖形時(shí)路徑檢測(cè)的步驟如下:

1、確定待測(cè)零件的形狀特征幾何特征；

2.確定待測(cè)零件的精度特性；

3.根據(jù)被測(cè)形狀特征、幾何特征和精度特征，確定檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)量和分布；

4.根據(jù)測(cè)點(diǎn)和分布形式建立數(shù)學(xué)計(jì)算公式；

5.確定被檢測(cè)零件的工件坐標(biāo)系；

6.根據(jù)檢測(cè)條件確定檢測(cè)路徑。

3.數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)編程

在線檢測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵主要體現(xiàn)在檢測(cè)方案的編制上，檢測(cè)方案編制的質(zhì)量直接影響檢測(cè)效果。目前有商業(yè)軟件和自研軟件。商業(yè)化的軟件，如英國(guó)DELCAM公司的新版PowerInspect，是一種開放的測(cè)試軟件，不受測(cè)量設(shè)備的限制，可以在線測(cè)試，也可以離線測(cè)試。它不僅提供了在線檢測(cè)的功能，還可以在檢測(cè)前為讀取的CAD模型規(guī)劃?rùn)z測(cè)路徑，并對(duì)檢測(cè)進(jìn)行仿真。然后將編程后的程序傳輸?shù)綌?shù)控測(cè)試設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試。該軟件是專門為數(shù)控機(jī)床配套系統(tǒng)編寫的，主要用于根據(jù)原始CAD數(shù)據(jù)對(duì)樣品、復(fù)雜零件和大型零件、多工序零件和模具進(jìn)行檢驗(yàn)。

自研軟件的編程方法有基于C、C++、VC++、VB、Delphi開發(fā)平臺(tái)的在線檢測(cè)編程和基于CAD開發(fā)平臺(tái)的在線檢測(cè)編程。

一些主要檢測(cè)模塊的功能如下:

(1)測(cè)量主程序自動(dòng)生成模塊:主要用于輸入被測(cè)零件的信息，生成檢測(cè)主程序。

(2)誤差補(bǔ)償模塊:對(duì)測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生的誤差進(jìn)行補(bǔ)償，提高測(cè)量精度。

(3)通訊模塊:完成主程序和被調(diào)用宏程序的發(fā)送以及測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)信息的接收。

(4)測(cè)量宏程序模塊:實(shí)現(xiàn)宏程序管理和內(nèi)部調(diào)用。主要模塊是查找、添加、修改和刪除宏程序。

(5)數(shù)據(jù)處理模塊:對(duì)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行補(bǔ)償，完成各種尺寸和精度計(jì)算。通過(guò)打開測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)文件，獲得測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)信息，通過(guò)相應(yīng)的操作過(guò)程，最終獲得測(cè)量值。

基于CAD開發(fā)平臺(tái)的在線檢測(cè)自動(dòng)編程采用AutoCAD作為系統(tǒng)集成開發(fā)平臺(tái)，ObjectARY作為二次開發(fā)工具。該系統(tǒng)的開發(fā)可以彌補(bǔ)CAD/CAM系統(tǒng)功能的不足，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)程序的圖形化編程，即CAD在線檢測(cè)。

4.數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)系統(tǒng)的仿真

目前數(shù)控機(jī)床的在線檢測(cè)可以借鑒CAD/ CAM技術(shù)的發(fā)展思路，開發(fā)相應(yīng)的在線檢測(cè)仿真系統(tǒng)。該仿真系統(tǒng)圖形化地再現(xiàn)了數(shù)控機(jī)床的在線檢測(cè)過(guò)程，可以直觀地檢查檢測(cè)路徑規(guī)劃，提前發(fā)現(xiàn)宏編程中的錯(cuò)誤，避免在線檢測(cè)系統(tǒng)在真實(shí)檢測(cè)過(guò)程中的損壞。

以VC++為系統(tǒng)開發(fā)工具，OpenGL為三維場(chǎng)景開發(fā)工具，按照面向?qū)ο蟮木幊趟枷腴_發(fā)數(shù)控機(jī)床在線檢測(cè)仿真系統(tǒng)的過(guò)程如下:

(1)虛擬測(cè)試環(huán)境的建立

圖形處理采用OpenGL標(biāo)準(zhǔn)。OpenGL是圖形硬件的軟件接口，可用于幾何建模、圖形變換、渲染、光照、材質(zhì)等操作。圖形的大部分底層處理都是由一些特殊的函數(shù)來(lái)處理的。

(2)檢測(cè)信息的提取

在在線測(cè)試仿真系統(tǒng)中，測(cè)量宏程序的每一條語(yǔ)句都必須如實(shí)地反映在仿真過(guò)程中，也就是用測(cè)量宏程序來(lái)驅(qū)動(dòng)測(cè)試仿真過(guò)程。因此，仿真系統(tǒng)應(yīng)該具有完整的檢測(cè)信息提取能力，能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)量程序的語(yǔ)法檢查，能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān)的計(jì)算和判斷，最重要的是能夠提取探頭的運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)驅(qū)動(dòng)探頭的檢測(cè)仿真。

(3)虛擬探頭的驅(qū)動(dòng)

在線檢測(cè)系統(tǒng)利用探頭與被檢測(cè)物體的碰撞來(lái)確定接觸點(diǎn)的位置信息，因此檢測(cè)仿真必須逼真地再現(xiàn)這一過(guò)程，這也是整個(gè)仿真系統(tǒng)的核心問(wèn)題。為了保證探頭可靠地?fù)糁写郎y(cè)物體，探頭的最遠(yuǎn)行程應(yīng)大于探頭與實(shí)際接觸點(diǎn)之間的距離，即實(shí)際接觸點(diǎn)位于測(cè)量起點(diǎn)與探頭最遠(yuǎn)行程點(diǎn)之間的直線上。