计算机辅助在线检测系统组成

数控机床是现代高科技发展的产物。每加工一批零件，需要完成大量的测试，包括夹具和零件的装夹和找正，零件编程原点的确定，第一个零件的测试，工序间的测试，加工后的测试等。目前，完成这些测试的主要手段有人工测试、离线测试和在线测试。在线检测又称实时检测，是在加工过程中对刀具进行实时检测，并根据检测结果做出相应的处理。在线检测是一种基于计算机自动控制的检测技术，其检测过程由数控程序控制。闭环检测的优点是:可以保证数控机床的精度，扩展数控机床的功能，提高数控机床的性能和效率。

1、数控机床在线检测系统的组成

数控机床在线检测系统有两种，一种是不需要计算机辅助，直接调用基本宏程序；另一种是自己开发宏程序库，借助计算机辅助编程系统随时生成检测程序，然后传输到数控系统。

数控机床在线检测系统由软件和硬件组成。硬件通常由以下部分组成:

(1)机床本体

它是机床加工和检测的基础，其工作部件是实现基本运动的部件。其传动部件的精度直接影响加工和检测的精度。

(2)数控系统

目前，数控系统广泛应用于数控机床中，其主要特点是机床的输入存储、数控加工、插补和各种控制功能都是通过程序实现的。计算机可以通过接口设备与其他设备连接。当控制对象或功能改变时，只需改变软件和界面。一般数控系统由CPU存储器和I/O接口组成，CPU由存储器、运算器、控制器和总线组成。

(3)伺服系统

伺服系统是数控机床的重要组成部分，用于实现数控机床进给位置和主轴转速(或位置)的伺服控制。伺服系统的性能是决定机床加工精度、测量精度、表面质量和生产效率的主要因素。

(4)测量系统

测量系统由接触触发探头、信号传输系统和数据采集系统组成，是数控机床在线检测系统的关键部分，直接影响在线检测的精度。其中，最关键的部件是测头，它可以用来测量加工过程中的尺寸。根据测量结果，可以自动修改加工程序，提高加工精度，使数控机床不仅是加工设备，还具有测量机的某些功能。

它们用于数控车床、加工中心、数控磨床、专用机床和其他数控机床。根据探头的功能，可分为工件检测探头和工具探头。按信号传输方式可分为硬线连接式、感应式、光学式和无线电式；按接触形式可分为接触式测量和非接触式测量。用户可以根据机床的具体型号选择合适的配置。

(5)计算机系统

在线检测系统利用计算机采集和处理测量数据，生成检测数控程序，模拟检测过程，并与数控机床进行通信。在线检测系统一般使用奔腾级或以上的计算机。考虑到流行的Windows和CAD/CAM/CAPP/CAM以及VC++软件的操作，减少了测量结果的分析计算时间。

2.数控机床在线检测的工作原理

要实现数控机床的在线检测，需要在计算机辅助编程系统上自动生成主检测程序，然后通过通信接口传输给数控机床。通过G31跳过指令，探针沿着程序指定的路径移动。当测头接触工件时，发出触发信号，通过测头与数控系统之间的专用接口传输到转换器，转换后再传输到机床的控制系统。记录下这个点的坐标。收到信号后，机器停止运动，通过通讯接口将测点坐标传回计算机，然后进行下一次测量。上位机监控CNC系统返回的测量值，并对系统的测量结果进行计算、补偿和可视化。测量典型几何图形时路径检测的步骤如下:

1.确定待测零件形状特征的几何特征；

2.确定待测零件的精度特性；

3.根据测量的形状特征、几何特征和精度特征，确定检测点的数量和分布；

4.根据测点和分布形式建立数学计算公式；

5.确定被检测零件的工件坐标系；

6.根据检测条件确定检测路径。

3.数控机床在线检测编程

在线检测技术的关键主要体现在检测方案的编制上，检测方案编制的质量直接影响检测效果。目前有商业软件和自研软件。商业软件如PowerInspect是一个开放的测试软件，不受测量设备的限制，可以在线测试，也可以离线测试。它不仅提供了在线检测的功能，还在检测前为读取的CAD模型规划了检测路径，并对检测进行了仿真。然后将编制好的程序传输到数控测试设备进行自动测试。该软件是专门为数控机床的支撑系统编写的，主要用于根据原始CAD数据对样品、复杂零件和大型零件、多工序零件和模具进行检测。

自研软件的编程方法有基于C、C++、VC++、VB、Delphi开发平台的在线检测编程和基于CAD开发平台的在线检测编程。

一些主要检测模块的功能如下:

(1)测量主程序自动生成模块:主要用于输入被测零件的信息，生成检测主程序。

(2)误差补偿模块:对测量过程中产生的误差进行补偿，提高测量精度。

(3)通讯模块:完成主程序和被调用宏程序的发送，以及测点坐标信息的接收。

(4)测量宏程序模块:实现宏程序管理和内部调用。该模块主要是查找、添加、修改和删除宏程序。

(5)数据处理模块:对测点坐标进行补偿，完成各种尺寸和精度计算。通过打开测量结果数据文件，获得测量点的坐标信息，通过相应的操作过程，最终获得测量值。

基于CAD开发平台的自动在线检测编程采用AutoCAD作为系统集成开发平台，ObjectARY作为二次开发工具。该系统的开发可以弥补CAD/CAM系统功能的不足，实现检测程序的图形化编程，即CAD在线检测。

4.数控机床在线检测系统仿真。

目前，数控机床的在线检测可以借鉴CAD/ CAM技术的发展思路，开发相应的在线检测仿真系统。该仿真系统图形化地再现了数控机床的在线检测过程，可以直观地检查检测路径规划，提前发现宏编程中的错误，避免在线检测系统在真实检测过程中的损坏。

以VC++为系统开发工具，OpenGL为三维场景开发工具，按照面向对象的编程思想开发数控机床在线检测仿真系统的过程如下:

(1)虚拟测试环境的建立

图形处理采用OpenGL标准。OpenGL是图形硬件的软件接口，可用于几何建模、图形变换、渲染、光照、材质等操作。图形的大部分底层处理都是由一些特殊的函数来处理的。

(2)检测信息的提取

在线测试仿真系统中，测量宏程序的每一条语句都必须如实地反映在仿真过程中，也就是用测量宏程序来驱动测试仿真过程。因此，仿真系统应该具有完整的检测信息提取能力，能够检查测量程序的语法，能够实现相关的计算和判断，最重要的是能够提取探头的运动轨迹来驱动探头的检测仿真。

(3)虚拟探头的驱动

在线检测系统利用探头与被检测物体的碰撞来确定接触点的位置信息，因此检测仿真必须逼真地再现这一过程，这也是整个仿真系统的核心问题。为了保证探头能够可靠地击中待测物体，探头的最远行程应大于探头与实际接触点之间的距离，即实际接触点位于测量起点与探头最远行程点之间的直线上。