本文對數控加工在線檢測系統(tǒng)的組成、工作原理、編程方式及仿真等方面進行了簡要介紹。文章中的許多內容都是些概要性的解釋，對大家了解該領域的技術內容很有幫助。
數控機床是現代高科技發(fā)展的產物，每當一批零件開始加工時，有大量的檢測需要完成，包括夾具和零件的裝卡、找正、零件編程原點的測定、首件零件的檢測、工序間檢測及加工完畢檢測等。目前完成這些檢測工作的主要手段有手工檢測、離線檢測和在線檢測。在線檢測也稱實時檢測，是在加工的過程中實時對刀具進行檢測，并依據檢測的結果做出相應的處理。在線檢測是一種基于計算機自動控制的檢測技術，其檢測過程由數控程序來控制。閉環(huán)在線檢測的優(yōu)點是：能夠保證數控機床精度，擴大數控機床功能，改善數控機床性能，提高數控機床效率。
1、數控機床在線檢測系統(tǒng)的組成
數控機床在線檢測系統(tǒng)分為兩種，一種為直接調用基本宏程序，而不用計算機輔助；另一種則要自己開發(fā)宏程序庫，借助于計算機輔助編程系統(tǒng)，隨時生成檢測程序，然后傳輸到數控系統(tǒng)中。
數控機床的在線檢測系統(tǒng)由軟件和硬件組成。硬件部分通常由以下幾部分組成：
(1) 機床本體
機床本體是實現加工、檢測的基礎，其工作部件是實現所需基本運動的部件，它的傳動部件的精度直接影響著加工、檢測的精度。
(2) 數控系統(tǒng)
目前數控機床一般都采用CNC數控系統(tǒng)，其主要特點是輸入存儲、數控加工、插補運算以及機床各種控制功能都通過程序來實現。計算機與其他裝置之間可通過接口設備聯(lián)接，當控制對象或功能改變時，只需改變軟件和接口。CNC系統(tǒng)一般由中央處理存儲器和輸入輸出接口組成，中央處理器又由存儲器、運算器、控制器和總線組成。
(3) 伺服系統(tǒng)
伺服系統(tǒng)是數控機床的重要組成部分，用以實現數控機床的進給位置伺服控制和主軸轉速(或位置)伺服控制。伺服系統(tǒng)的性能是決定機床加工精度、測量精度、表面質量和生產效率的主要因素。
(4) 測量系統(tǒng)
測量系統(tǒng)有接觸觸發(fā)式測頭、信號傳輸系統(tǒng)和數據采集系統(tǒng)組成，是數控機床在線檢測系統(tǒng)的關鍵部分，直接影響著在線檢測的精度。其中關鍵部件為測頭，使用測頭可在加工過程中進行尺寸測量，根據測量結果自動修改加工程序，改善加工精度，使得數控機床既是加工設備，又兼具測量機的某種功能。
目前常用的雷尼紹測頭，是英國雷尼紹公司的產品，如圖2所示。它們用于數控車床、加工中心，數控磨床、專機等大多數數控機床上。測頭按功能可分為工件檢測測頭和刀具測頭；按信號傳輸方式可分為硬線連接式、感應式、光學式和無線電式；按接觸形式可分為接觸測量和非接觸測量。用戶可根據機床的具體型號選擇合適的配置。
(5) 計算機系統(tǒng)
在線檢測系統(tǒng)利用計算機進行測量數據的采集和處理、檢測數控程序的生成、檢測過程的仿真及與數控機床通信等功能。在線檢測系統(tǒng)考慮到運行目前流行的Windows和CAD/CAM/CAPP/CAM以及VC++等軟件，以及減少測量結果的分析和計算時間，一般采用Pentium級別以上的計算機。
2、數控機床在線檢測的工作原理
實現數控機床的在線檢測時，首先要在計算機輔助編程系統(tǒng)上自動生成檢測主程序，將檢測主程序由通信接口傳輸給數控機床，通過G31跳步指令，使測頭按程序規(guī)定路徑運動，當測球接觸工件時發(fā)出觸發(fā)信號，通過測頭與數控系統(tǒng)的專用接口將觸發(fā)信號傳到轉換器，并將觸發(fā)信號轉換后傳給機床的控制系統(tǒng)，該點的坐標被記錄下來。信號被接收后，機床停止運動，測量點的坐標通過通信接口傳回計算機，然后進行下一個測量動作。上位機通過監(jiān)測CNC系統(tǒng)返回的測量值，可對系統(tǒng)測量結果進行計算補償及可視化等各項數據處理工作。測量典型幾何形狀時檢測路徑的步驟為：
確定零件的待測形狀特征幾何要素；
確定零件的待測精度特征；
根據測量的形狀特征幾何要素和精度特征，確定檢測點數及分布；
根據測點數及分布形式建立數學計算公式；
確定檢測零件的工件坐標系；
根據檢測條件確定檢測路徑。
3、數控機床在線檢測編程
在線檢測技術的關鍵主要體現在檢測程序的編制上，檢側程序編制質量的優(yōu)劣直接影響到檢測效果。目前檢測軟件有商業(yè)化軟件和自主開發(fā)的軟件。商業(yè)化軟件如英國DELCAM公司新版本的PowerInspect，是一款開放的檢測軟件，不受測量設備的限制，既可以在線檢測，也可以脫機檢測。不僅提供在線檢測的功能，還能夠在檢測前針對讀取的CAD模型進行檢測路徑的編程工作，并進行檢測的仿真。隨后可以把編制好的程序傳輸給CNC檢測設備，進行自動檢測。又如雷尼紹公司基于PC機的在機檢測軟件OMV（on machine verification），該軟件專為數控機床配用系統(tǒng)而編寫，主要應用于：根據原始CAD數據，檢測樣件、復雜零件及大型零件、多工序零件以及模具。
自主開發(fā)軟件的編程方式有：基于C、 C++、 VC++、 VB、 Delphi開發(fā)平臺的在線檢測編程和基于CAD開發(fā)平臺的在線檢測編程�；赩C++ 語言的在線檢測編程結構框。
檢測部分主要模塊的功能如下：
(1) 測量主程序自動生成模塊：主要完成零件待測信息的輸入，生成檢測主程序。
(2) 誤差補償模塊：對測量過程中所產生的誤差進行補償，提高測量精度。
(3) 通信模塊：完成主程序與被調用宏程序的發(fā)送及測量點坐標信息的接收。
(4) 測量宏程序模塊：實現宏程序的管理和內部調用。主模塊要實現對宏程序的查找、增添、修改及刪除等操作。
(5) 數據處理模塊：對測量點坐標進行補償，完成各種尺寸及精度計算。通過打開測量結果數據文件，獲得測量點坐標信息，經過相應的運算過程最終得到所測值。
基于CAD開發(fā)平臺的在線檢測自動編程是采用AutoCAD作為系統(tǒng)集成開發(fā)平臺，并采用ObjectARY作為二次開發(fā)工具，開發(fā)該系統(tǒng)可彌補CAD/CAM系統(tǒng)所欠缺的功能，實現檢測程序的圖形化編制，即CAD在線檢測。
4、數控機床在線檢測系統(tǒng)仿真
目前數控機床在線檢測借鑒于CAD/ CAM技術的發(fā)展思路可開發(fā)相應的在線檢測仿真系統(tǒng)。仿真系統(tǒng)以圖形化的方式再現數控機床在線檢測過程，可形象直觀地對檢測路徑規(guī)劃進行檢查，提前發(fā)現宏程序編制中的錯誤，以避免在真實檢測過程中對在線檢測系統(tǒng)所造成的破壞。
以VC++作為系統(tǒng)開發(fā)工具，OpenGL 作為三維場景開發(fā)工具，按照面向對象的程序設計思想開發(fā)數控機床在線檢測仿真系統(tǒng)的過程是：
(1) 虛擬檢測環(huán)境的建立
采用OpenGL 標準進行圖形處理工作。OpenGL 是一個圖形硬件的軟件接口，利用它可進行幾何建模、圖形變換、渲染、光照、材質等多種操作，大部分對于圖形的底層處理工作都由一些專門的函數來處理。
(2) 檢測信息的提取
在線檢測仿真系統(tǒng)，必須在仿真過程中，如實地反映測量宏程序的每一條語句，即利用測量宏程序驅動檢測仿真過程的進程。因而該仿真系統(tǒng)應具備完整的檢測信息提取能力，能實現對測量程序的語法檢查，能實現相關的計算與判斷，最為重要的是能夠提取出測頭的運動軌跡，以驅動測頭的檢測仿真。
(3) 虛擬測頭的驅動
在線檢測系統(tǒng)是利用測頭與待測物體的碰撞來確定接觸點的位置信息的，因而檢測仿真必須逼真的再現這一過程，這也是整個仿真系統(tǒng)的核心問題。為保證測頭可靠地撞擊上待測物體，應使測頭檢測運動的最遠行程大于測頭到實際接觸點位置的距離，即實際接觸點位于測量起始點與測頭最遠行程點之間的直線段上。
5、結束語
將檢測技術融于數控加工的內容之中，采用在線測量的方式，能使操作者及時發(fā)現工件存在的問題，并反饋給數控系統(tǒng)。據抽樣調查，目前我國因產品質量問題，如廢品、次品、返修品等，所造成的經濟損失約為產值的10%～15% ，而在線測量技術應用于數控系統(tǒng)，其最直接的經濟效益就在在于既節(jié)省了工時又提高了測量精度。而且由于利用了機床數控系統(tǒng)的功能，又使得數控系統(tǒng)能及時得到檢測系統(tǒng)所反饋的信息，從而能及時修正系統(tǒng)誤差和隨機誤差，以改變機床的運動參數，更好地保證加工質量，促進加工測量一體化的發(fā)展。可以預見，在線測量技術在數控機床中的應用未來具有廣闊的前景。
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