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　　科學研究一類用作數(shù)控加工機床的鉆孔在機檢驗技術(shù)，用作對加工操作過程產(chǎn)品質(zhì)量展開監(jiān)控和掌控，以延長大型鉆孔的加工制造周期性，改變現(xiàn)有制造加工應用領域手工檢驗商業(yè)模式或app抽檢商業(yè)模式的現(xiàn)狀。設計一類新的三合一在機測頭并明確提出其量測掌控系統(tǒng)同時實現(xiàn)方案。在機檢驗掌控系統(tǒng)主要由數(shù)控機床、A43EI235E測頭、有線訊號轉(zhuǎn)交器、掌控排序機及其量測軟件共同組成。數(shù)控機床作為量測體育運動驅(qū)動力機構(gòu)，其切入點帶動A43EI235E測頭對鉆孔展開量測，并把量測結(jié)論透過有線訊號轉(zhuǎn)交器數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸瓶嘏判驒C，透過模型反求和統(tǒng)計數(shù)據(jù)結(jié)合預處理，在機動態(tài)得出鉆孔加工產(chǎn)品質(zhì)量報告。透過在機修改鉆孔加工路徑，提高鉆孔制造合格率和加工工作效率。

　　關鍵性詞：數(shù)控機床；在機檢驗；A43EI235E測頭；模型重構(gòu)

在先進制造技術(shù)應用領域中,繁雜精密零件制造加工水準占有重要地位。裝備整體性能取決于關鍵性重要部件的整體加工水準。實施加工操作過程產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控和掌控是確保和提升繁雜精密零件加工水準的關鍵性。近年來，國外在數(shù)控機床在機檢驗技術(shù)應用領域開展了一些探索和科學研究工作。具有代表性的企業(yè)是英國雷尼紹公司，該公司開發(fā)了多種型號的在機利斯涅測頭器，并且被廣泛應用作制造加工應用領域中。雷尼紹公司開發(fā)了OMP(RMP)和TP系列在機手動測頭及量測軟件掌控系統(tǒng)，能同時實現(xiàn)加工生產(chǎn)線上加工數(shù)值的手動利斯涅量測。但是這些量測掌控系統(tǒng)依然存在著統(tǒng)計數(shù)據(jù)預處理能力不夠完善，尤其對Brossac面量測同時實現(xiàn)困難等問題。

美國Ng HUNG教授等科學研究了app檢驗手動程式設計方法，但需要對鉆孔展開多次裝卡。韓國PAHK等科學研究了加工鉆孔上的一些簡單的面、孔和槽等特點的精度檢驗， KyungDon KIM用利斯涅測頭和量測G代碼同時實現(xiàn)兩軸半機床的體積量測，直接在機床上生成檢驗程序。美國俄亥俄州立大學C H MENQ等在20世紀90年代初就明確提出了數(shù)控加工民主自由球面檢驗掌控系統(tǒng)架構(gòu)，并針對具有民主自由球面特點介科羽特點的智能卡在機量測方法、模型匹配等問題展開了深入探討。然而大部份生產(chǎn)企業(yè)中，具有繁雜結(jié)構(gòu)和球面特點的鉆孔依然沒有達到快速介科羽檢驗和產(chǎn)品質(zhì)量動態(tài)掌控要求。目前，我國制造加工應用領域依然使用傳統(tǒng)的app檢驗商業(yè)模式，即按理論體積中差數(shù)控程式設計，加工結(jié)束后，送app三坐標量測機檢驗，當某些部位體積未到達精度要求時，需要重新返回到加工現(xiàn)場，再次裝夾、找正，再展開修改加工。這種方式不僅極大地延長了生產(chǎn)周期性，而且再此裝夾帶來的數(shù)值也會造成嚴重的產(chǎn)品質(zhì)量隱患。

鉆孔在機檢驗掌控系統(tǒng)與數(shù)控加工掌控系統(tǒng)緊密結(jié)合，其主要由數(shù)控機床、三合一傳感器與PDP處理器、有線訊號轉(zhuǎn)交器、掌控排序機及其量測軟件等共同組成。數(shù)控機床作為量測體育運動驅(qū)動力機構(gòu)，其加工切入點從刀庫中手動取出三合一測頭器，并轉(zhuǎn)交來自掌控排序機的量測體育運動指令，對鉆孔展開量測。掌控排序機透過有線轉(zhuǎn)交器與三合一測頭有線連接，動態(tài)轉(zhuǎn)交來自測頭的量測重要信息，同時它透過RS232串行接口與數(shù)控機床相連接，讀取機床的狀態(tài)和發(fā)送檢驗掌控命令。掌控排序機最終透過模型反求和統(tǒng)計數(shù)據(jù)結(jié)合預處理，全手動高工作效率地順利完成繁雜工件的在機產(chǎn)品質(zhì)量評估，數(shù)控機床在機量測掌控系統(tǒng)如圖1所示。

　　1 鉆孔在機量測掌控系統(tǒng)架構(gòu)

在機量測掌控系統(tǒng)選用利斯涅量測方式以及重要信息光電數(shù)據(jù)傳輸?shù)染軝z驗與處理技術(shù)，并與雷射三角非智能卡量測方法相結(jié)合，軟件系統(tǒng)新一代在機PDP測頭，為鉆孔加工操作過程中的快速、精密體積量測提供可信重要信息采集與重要信息預處理器。掌控排序機對兩種量測點云統(tǒng)計數(shù)據(jù)展開預處理操作，這個操作過程既能app順利完成，又能在線展開。其主要內(nèi)容包括初始量測重要信息低通濾波器、統(tǒng)計數(shù)據(jù)結(jié)合與補償金排序、曲線復建、球面復建、模型驗證等。經(jīng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)預處理演算法分析后，手動產(chǎn)生加工鉆孔的實際加工體積二維數(shù)字模型，進而能透過與標準加工CAD模型的比對，最終檢驗結(jié)論以關鍵性鉆孔截面體積、位置度數(shù)值報表等形式得出。該掌控系統(tǒng)不僅能順利完成孔狀、凸臺和凹槽等特點的檢驗，還能順利完成具有民主自由球面或其他扭曲特點的Brossac面掃描。

　　2 在機量測A43EI235E測頭設計

　　傳統(tǒng)的在機測頭選用單一觸發(fā)方式同時實現(xiàn)高精度量測，量測工作效率受到量測方式的制約。文中明確提出的在機測頭選用PDPA43EI235E結(jié)構(gòu)設計方法，其軟件系統(tǒng)了3個主要共同組成部份，即電極智能卡量測器、雷射非智能卡量測器和量測重要數(shù)據(jù)處理中心。整體測頭結(jié)構(gòu)的優(yōu)化配置既能保證不同量測統(tǒng)計數(shù)據(jù)的無干涉獲取，又能合理解決電源供給、訊號線連接和傳送問題，并便于從刀庫取、放和工作時的操作安全避障。鉆孔在機量測三合一測頭設計選用Pro/E工程軟件順利完成。

三合一測頭是軟件系統(tǒng)了力學、光學及影像量測原理的一類新型二維表面量測器。其中，電極智能卡量測器是由控制器式傳感器、電極和碰觸護耳部份共同組成。在碰觸護耳碰觸到鉆孔表層并達到一定壓力時，作用力透過電極傳達給控制器式傳感器，器就會立即反饋被量測位置重要信息。雷射非智能卡量測器主要由雷射源、照相機和影像采集卡等部份共同組成。雷射源在被測鉆孔上打出線式光重要信息，然后透過DD91照相機來捕捉，從而同時實現(xiàn)鉆孔的主動式影像特點提取。重要數(shù)據(jù)處理中心順利完成重要信息的低通濾波器、結(jié)合處理和重要信息有線傳達等，為量測掌控系統(tǒng)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)預處理提供可信重要信息支持。預處理演算法對量測點坐標展開補償金，順利完成各種體積及精度排序。用戶能透過打開量測結(jié)論統(tǒng)計數(shù)據(jù)文件獲得量測點重要信息，并排序得到所量測目標表層二維重要信息值。

在保證滿足量測精度要求的前提條件下，提高量測工作效率是三合一測頭設計的要求。為提高量測掌控系統(tǒng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)處理速度，鉆孔在機測頭選用PDP重要數(shù)據(jù)處理技術(shù)對量測統(tǒng)計數(shù)據(jù)展開預處理。

　　測頭PDP板卡以主頻720 MHz的TMS320DM642為主處理器，具有4M×8b 的SDRAM和4M×8b的Flash存儲器，具有上電自啟動功能。PDP板卡選用2通道的視頻輸入方式采集模擬照相機訊號，可程式設計配置異步串口的統(tǒng)計數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸率，另外配置8通道的數(shù)字I/O同時實現(xiàn)掌控系統(tǒng)中的控制器輸入和輸出掌控和10M/100MbaseTX標準的以太網(wǎng)接口。板卡設計工作溫度為0~70 ℃，板卡機械體積較小，大小僅為80 mm×80 mm，便于測頭結(jié)構(gòu)小型化設計和操作便捷性。

3 鉆孔在機量測方法

　　3.1 鉆孔在機量測步驟

三合一量測統(tǒng)計數(shù)據(jù)是透過有線傳感器傳達給掌控排序機的。量測統(tǒng)計數(shù)據(jù)分為雷射點云掃描統(tǒng)計數(shù)據(jù)和電極點云探測統(tǒng)計數(shù)據(jù)兩種，其中電極點云探測統(tǒng)計數(shù)據(jù)由智能卡量測方式獲得，該量測方式的特點是量測精度較高，但是量測速度慢，因此點云統(tǒng)計數(shù)據(jù)稀疏；雷射點云掃描統(tǒng)計數(shù)據(jù)選用非碰觸的雷射器和照相機同時實現(xiàn)，具有量測速度快的優(yōu)勢，量測重要信息較為稠密，但是量測統(tǒng)計數(shù)據(jù)精度相對較低。兩種量測統(tǒng)計數(shù)據(jù)分別在不同時段獲得，統(tǒng)計數(shù)據(jù)由量測掌控系統(tǒng)有線發(fā)送器發(fā)出后，由掌控排序機的有線轉(zhuǎn)交端動態(tài)轉(zhuǎn)交和手動存儲。在機量測掌控系統(tǒng)依據(jù)量測介科羽的特點對量測點的數(shù)量、分布及量測進度展開動態(tài)規(guī)劃，并基于OpenGL二維引擎技術(shù)同時實現(xiàn)加工介科羽的二維繪制，從而為用戶提供直觀的量測交互界面。為同時實現(xiàn)數(shù)控機床加工鉆孔在線量測任務，在機檢驗掌控系統(tǒng)的基本操作步驟分為如下6個步驟：

　　（1）用戶透過掌控排序機讀取待測鉆孔的CAD標準統(tǒng)計數(shù)據(jù)；

　　（2）機床檢驗狀態(tài)初始化；

　?。?）掌控排序機向機床發(fā)送檢驗掌控命令，順利完成整個鉆孔量測任務；

　?。?）讀取和顯示量測結(jié)論；

　?。?）統(tǒng)計數(shù)據(jù)預處理，根據(jù)不同鉆孔特點同時實現(xiàn)球面復建和模型驗證；

　?。?）生成數(shù)控加工修改G代碼。

此外，用戶也能根據(jù)量測需要，透過交互干預修改測點位置、數(shù)量以及量測路徑，從而獲得特定的量測方案和結(jié)論。掌控排序機讀取的CAD標準統(tǒng)計數(shù)據(jù)主要是待測鉆孔的二維模型重要信息，也就是鉆孔加工所依據(jù)的設計體積。同時，標準統(tǒng)計數(shù)據(jù)還包括鉆孔關鍵性截面體積和各部份加工精度要求，便于量測方式、量測路徑規(guī)劃方法的選擇和后續(xù)量測結(jié)論的評價。

　　3.2 在機量測掌控系統(tǒng)功能模塊共同組成

　　鉆孔在機檢驗掌控系統(tǒng)選用獨立模塊化的開發(fā)方式，更有利于滿足用戶的選擇性需求。被測鉆孔通常具有較多的圓孔、凹槽、凸臺或民主自由球面等不規(guī)則特點，其檢驗操作過程結(jié)合多種量測方法和多次重復分區(qū)域量測是十分必要的。在掌控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，掌控排序機與數(shù)控加工設備的銜接是靠串口通訊同時實現(xiàn)的，并且透過有線轉(zhuǎn)交器動態(tài)讀取檢驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)重要信息。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)接口、坐標系映射、工藝流程指導3個環(huán)節(jié)建立完整的接口，保證檢驗環(huán)節(jié)與加工環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)工作。數(shù)控加工在機檢驗掌控系統(tǒng)所涉及功能模塊。

掌控系統(tǒng)功能模塊主要分為4個共同組成部份，其中智能卡量測、非智能卡量測及重要信息結(jié)合3個基本模塊構(gòu)成了鉆孔量測重要信息獲取及與處理部份；掌控系統(tǒng)標定、機械結(jié)構(gòu)應力分析、量測包絡域分析和數(shù)值補償金構(gòu)成量測掌控系統(tǒng)自校正部份；數(shù)控加工掌控、路徑規(guī)劃及各接口模塊構(gòu)成量測掌控系統(tǒng)的體育運動與重要信息數(shù)據(jù)傳輸部份；統(tǒng)計數(shù)據(jù)處理、表層品質(zhì)評估與加工路徑修改等模塊構(gòu)成量測掌控系統(tǒng)的量測結(jié)論生成與顯示部份。上述量測掌控系統(tǒng)的4個共同組成部份相互耦合連接，重要信息共享，成為同時實現(xiàn)數(shù)控加工在機檢驗的基本構(gòu)成部份。

　　數(shù)控加工在機檢驗掌控系統(tǒng)模塊化設計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)品產(chǎn)品質(zhì)量的評估需求，同時也為在機檢驗掌控系統(tǒng)的升級和改進提供了方便。

從軟件同時實現(xiàn)角度，將量測掌控系統(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)量測軟件設計思路，而且使得各具體功能模塊的同時實現(xiàn)操作過程更加清晰。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，提高軟件編寫產(chǎn)品質(zhì)量和速度。將鉆孔在機檢驗掌控系統(tǒng)的軟件功能劃分為4個層次，其操作流程。

　　在機量測掌控系統(tǒng)軟件共分為通訊層、演算法層、處理層和接口層4個層次。其中演算法層設計為量測軟件功能同時實現(xiàn)的重點，包括了球面重構(gòu)、數(shù)值補償金、統(tǒng)計數(shù)據(jù)結(jié)合以及測頭姿態(tài)與檢驗路徑規(guī)劃等重要核心演算法的同時實現(xiàn)；處理層和接口層為量測重要信息提供統(tǒng)計數(shù)據(jù)維護和顯示等操作；而通訊層同時實現(xiàn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)或掌控命令在各掌控系統(tǒng)共同組成部份之間的傳達。

為同時實現(xiàn)加工操作過程手動化，依據(jù)加工鉆孔檢驗評估結(jié)論，掌控排序機檢驗軟件會根據(jù)不同數(shù)控加工掌控系統(tǒng)的需求，生成相應的加工位姿和加工路徑修改G代碼，并作為另一類檢驗結(jié)論形式傳達給機床。這種鉆孔在機檢驗與修改加工路徑相結(jié)合的一體化加工掌控系統(tǒng)，進一步提高了數(shù)控加工繁雜鉆孔的工作效率。

　　3.3 鉆孔在機量測同時實現(xiàn)操作過程

量測統(tǒng)計數(shù)據(jù)結(jié)合處理是該量測掌控系統(tǒng)的一個重要特點。鉆孔量測方式的選擇需要綜合考慮很多因素，其中包括量測精度要求、量測時間、量測環(huán)境、待測鉆孔的繁雜程度、待測鉆孔的表層粗糙度和材質(zhì)硬度等。文中明確提出的三合一量測方法根據(jù)上述具體情況選用不同的量測規(guī)劃方法。對于量測速度要求較高、而量測精度不高的粗加鉆孔，通常主要由雷射非智能卡量測順利完成。尤其是對于蠟模和材質(zhì)相對較軟的鉆孔，雷射非智能卡量測方法具有保護加鉆孔不被測具破壞的優(yōu)點。對于大部份精密合金鉆孔，其局部體積特點會影響到整個鉆孔的工作性能，這些關鍵性介科羽由測頭電極展開智能卡重復量測，保證加工精度。這樣，雷射量測結(jié)論經(jīng)過重要信息低通濾波器和平滑處理后，其邊緣特點、局部遮擋特點和關鍵性介科羽特點都能由電極量測統(tǒng)計數(shù)據(jù)展開補償金和校正。鉆孔在機量測同時實現(xiàn)操作過程。

數(shù)控加工鉆孔在機量測掌控系統(tǒng)按量測要求手動生成量測掌控指令，并由掌控排序機透過串行通訊方式傳達給機床數(shù)控加工掌控系統(tǒng)。從圖6中可見，一條量測掌控指令的生成操作過程需要滿足掌控系統(tǒng)規(guī)則，首先量測掌控系統(tǒng)驅(qū)動力加工切入點在刀庫中選擇三合一測頭，并在掌控排序機與測頭間建立有線通訊連接；量測掌控系統(tǒng)參數(shù)精確標定和雷射手動掃描路徑規(guī)劃G代碼傳達；機床驅(qū)動力切入點，對鉆孔展開非智能卡雷射量測；手動展開電極智能卡量測點選取，生成智能卡量測路徑和G代碼傳達；機床驅(qū)動力切入點，對鉆孔展開智能卡電極量測；最終展開鉆孔量測重要信息完整性確認，對不滿足量測要求的區(qū)域展開量測方式調(diào)整和補測或重測。

　　4 鉆孔量測二維模型重構(gòu)實驗結(jié)論

為實施文中明確提出的在機鉆孔量測方案，基于FUNAC 0i數(shù)控掌控系統(tǒng)和VMC0851型號數(shù)控加工中心平臺，加工制作了新型三合一在機測頭，并順利完成了典型具有孔、面和階梯塊基本特點鉆孔的在機量測，其實際量測操作過程中的截圖見圖7。掌控排序機透過有線網(wǎng)絡接受來自測頭的量測重要信息，并同時實現(xiàn)了統(tǒng)計數(shù)據(jù)預處理及鉆孔二維模型重構(gòu)，模型重構(gòu)結(jié)論與鉆孔設計加工CAD標準型面體積做數(shù)值比較分析后，生成加工數(shù)值報告。

　　5 結(jié)論

　　本文科學研究了一類用作數(shù)控加工機床的鉆孔在機檢驗技術(shù)問題。本文的主要貢獻在于：明確提出了一類新型的鉆孔表層體積在機量測方法，將檢驗技術(shù)融于數(shù)控加工的操作過程之中，選用在機量測的方式，及時發(fā)現(xiàn)鉆孔加工操作過程介科羽體積缺陷，并反饋給數(shù)控加工掌控系統(tǒng)。該掌控系統(tǒng)能及時修改加工操作過程數(shù)值和隨機數(shù)值，以改變機床的體育運動參數(shù)，更好地保證加工產(chǎn)品質(zhì)量，促進加工與量測一體化發(fā)展?？茖W研究不同特點介科羽的三合一量測體育運動路徑規(guī)劃合理性是下一步工作的重點。

　　( 文章來源：互聯(lián)網(wǎng) )

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