工件测头在机测量系统的具体实现过程

复合测量数据通过无线传感器传输到控制计算机。测量数据分为激光点云扫描数据和探针点云检测数据，其中探针点云检测数据采用接触式测量获得，特点是测量精度高但测量速度慢，因此点云数据稀疏；激光点云扫描数据通过非接触式激光和相机实现，具有测量速度快、测量信息密集的优点，但测量数据精度相对较低。两种测量数据分别在不同的时间段获得。数据由测量系统的无线发射器发出后，由控制计算机的无线接收器实时接收并自动存储。在机测量系统根据测量曲面的特点动态规划测量点的数量、分布和测量进度，并基于OpenGL 3D引擎技术实现加工曲面的三维绘制，从而为用户提供直观的测量交互界面。为了实现数控机床加工工件的在线测量任务，在机检测系统的基本操作步骤分为以下六个步骤:

(1)用户通过控制计算机读取待测工件的CAD标准数据；

(2)初始化机床的检测状态；

(3)控制计算机向机床发出检测控制命令，完成整个工件测量任务；

(4)读取并显示测量结果；

(5)数据后处理，根据不同工件的特点实现曲面重建和模型验证；

(6)生成数控加工修正g代码。

此外，用户还可以根据测量需要，通过交互干预修改测量点的位置、数量和测量路径，从而获得具体的测量方案和结果。计算机读取的CAD标准数据主要是被测工件的三维模型信息，即工件在其上加工的设计尺寸。同时，标准数据还包括工件的临界截面尺寸和各部分的加工精度要求，便于测量方法的选择、测量路径规划方法和后续测量结果的评估。

3.2机上测量系统功能模块的组成

在机工件检测系统采用独立的模块化开发模式，更有利于满足用户的选择性需求。被测工件通常具有许多不规则的特征，如圆孔、凹槽、凸台或自由曲面。在检测过程中需要结合多种测量方法，多次重复区域测量。在系统结构中，控制计算机与数控加工设备之间通过串行通信实现连接，无线收发器实时读取检测数据信息。从数据接口、坐标系映射、工艺流程引导三个环节建立完整的接口，保证检测环节和加工环节的协调。数控在机检测系统涉及的功能模块。

系统的功能模块主要分为四个部分，其中接触测量、非接触测量和信息融合三个基本模块构成了工件测量信息采集和处理部分。系统标定、机械结构应力分析、测量包络分析和误差补偿构成了测量系统的自标定部分。数控加工控制、路径规划和接口模块构成了测量系统的运动和信息传输部分；数据处理、表面质量评价和加工路径修正模块构成了测量系统的测量结果生成和显示部分。上述测量系统的四个组成部分相互耦合，共享信息，成为实现数控加工在机检测的基本组成部分。

数控在机检测系统的模块化设计不仅为用户增加了产品选择的灵活性，满足了不同精度和产品质量要求的评定要求，也为在机检测系统的升级和改进提供了方便。

从软件实现的角度来看，有必要对测量系统的功能模块进行序列化和结构化，这样既能更好地体现测量软件的设计思路，又能使各个具体功能模块的实现过程更加清晰。分层次的软件功能可以明确按照操作流程编写软件代码的思路，提高软件编写的质量和速度。在机工件检测系统的软件功能分为四个层次，并给出了其操作流程。

机内测量系统软件分为四层:通信层、算法层、处理层和接口层。其中，算法层设计是实现测量软件功能的关键，包括曲面重构、误差补偿、数据融合、探头姿态、检测路径规划等重要核心算法的实现。处理层和接口层提供测量信息的数据维护和显示等操作；通信层实现各种系统组件之间的数据或控制命令的传输。

为了实现加工过程的自动化，根据被加工工件的检验评定结果，控制计算机检验软件会根据不同数控加工系统的要求，生成相应的加工刀具位姿和加工路径修正g代码，并作为另一种检验结果传递给机床。这种将工件的在机检测与加工路径修正相结合的集成加工系统，进一步提高了复杂工件的数控加工效率。

3.3工件在机测量的实现过程

测量数据融合处理是测量系统的一个重要特征。测量方法的选择需要考虑很多因素，包括测量精度要求、测量时间、测量环境、被测工件的复杂程度、被测工件的表面粗糙度和材料硬度等。本文提出的复合测量方法根据以上具体情况采用不同的测量规划方法。对于测量速度高、测量精度低的粗糙零件，通常采用激光非接触测量。特别是对于蜡模和相对较软的工件，激光非接触测量方法具有保护工件不被测量工具损坏的优点。对于大多数精密合金工件，局部尺寸特征会影响整个工件的工作性能。这些关键轮廓由探针反复测量，以确保加工精度。这样，在对激光测量结果进行滤波和平滑后，可以利用探头测量数据对边缘特征、局部遮挡特征和关键轮廓特征进行补偿和校正。工件在机测量的实现过程。

数控工件在机测量系统根据测量要求自动生成测量控制指令，控制计算机通过串行通信传输给机床的数控加工系统。测量控制指令的生成过程需要满足系统规则。首先，测量系统驱动加工主轴在刀具库中选择复合探头，并在控制计算机和探头之间建立无线通信连接；激光自动扫描路径规划的系统参数精确标定和g代码传输：驱动机床主轴对工件进行非接触式激光测量；手动选择探头接触测量点，生成接触测量路径和g代码传输；驱动机床主轴，用接触式测头测量工件；最后，确认工件测量信息的完整性，对于不符合测量要求的区域，调整测量方式并进行补测或复测。

4.工件测量三维模型重建的实验结果

为了实现本文提出的在机工件测量方案，基于FUNAC 0i数控系统和VMC0851数控加工中心平台，制作了一种新型复合式在机测头，完成了具有孔、面、台阶块基本特征的典型工件的在机测量。控制计算机通过无线网络接收来自探头的测量信息，实现数据预处理和工件的三维模型重建。在模型重建结果与工件设计和加工的CAD标准表面尺寸之间的误差比较和分析之后，生成加工误差报告。

5结论

本文研究了一种数控机床在线检测技术。本文的主要贡献如下:提出了一种新的工件表面尺寸在线测量方法，将检测技术融入到数控加工过程中。通过在机测量，可以及时发现工件表面尺寸的缺陷，并反馈给数控加工系统。该系统能够及时修正加工过程中的误差和随机误差，从而改变机床的运动参数，更好地保证加工质量，促进加工与测量的一体化发展。下一步是研究不同特征剖面的复合测量路径规划的合理性。