局（jú）部坐標係最小二乘法（fǎ）擬合曲線圓心在一些大型、高精度（dù）箱體類零件的孔係加工中，對於孔的（de）形位公差的測（cè）量是一個決定生產質（zhì）量和效率的關鍵（jiàn）環節。但在目前實（shí）際生產中所（suǒ）采用的各種方法，手工檢測精度和效率較（jiào）低（dī）; 三（sān）坐標檢測本身測量精度很高，但離線測量不但（dàn）帶來很（hěn）大的定位基準（zhǔn）誤差（chà），且對工件的修正加（jiā）工帶來困難，多次裝夾工件還增加（jiā）了工作強度; 而利用加（jiā）工中心（xīn）機床本身的功能，在線測量不僅（jǐn）能更好（hǎo）地滿足工件檢測精度要求，對提高生產質量和生產效率，減輕（qīng）勞動強（qiáng）度都有著很高的（de）應（yīng）用價值。本文針對高精度箱體上相交斜孔（kǒng）位置度在線自動檢測問題進行了研究，提出了開發設計的思路和方法（fǎ），並對係統測量宏程序的編製進行了深入的（de）分析和研討，通過（guò）箱體相交（jiāo）斜孔的（de）生產實例，編（biān）製了檢測宏程序。同（tóng）時，對係統的組（zǔ）成（chéng）原理、工藝性（xìng）、檢測精度、安全性以及數據處理等作了必要的論述。

1 基本組成和（hé）工（gōng）作原理

    五軸加工中心在線自動測量係統包括加工中心、計（jì）算（suàn）機、測頭係統（tǒng）和工件。接觸式測頭（tóu）像普通刀具一樣（yàng）安（ān）裝在加工中心刀庫中，可由程序（xù）控製實現（xiàn）自（zì）動調（diào）出並安裝在主（zhǔ）軸上，測頭就相當於一個重複精度很高的觸點開關。其工作原理（lǐ）如圖1 所示，首先在計算機上生成自動測量（liàng）宏程序，並將測量宏（hóng）程序（xù）由RS232 通信接口傳輸（shū）給機床數（shù）控係統，數控係統將程序處理後，發（fā）出控製指令，從而使機床伺服（fú）係統驅動工作部件，利用加工中心係統本身的傳動機構控製測頭向測量點運動，當測球以（yǐ）一定的速度接觸工件時，測頭被（bèi）觸發，測頭內部觸點脫開，觸發信號（hào）傳到（dào）轉換器，轉（zhuǎn）換器發出短暫的蜂鳴聲，並通過測頭與數控係統的專用接口轉（zhuǎn）變成數控係統可識別的信號，該點瞬時的機（jī）床坐標由運（yùn）行的（de）程序讀（dú）出並記入相應的變（biàn）量中。信（xìn）號接受後，加工中心立即停止運動。測頭允（yǔn）許一定的超程，但（dàn）測頭的運動速度不（bú）能過高，以（yǐ）免損壞，必須用跳步指令來實現測量工進動作( 如FANUC 0mc 係統的跳步指令為G31) 。當測頭離開工件時，發出第2 次蜂鳴聲，測杆複（fù）位。

     在計算機軟件係（xì）統控（kòng）製下，可對係統測量結果進行（háng）計算、補償、數據庫鏈接及可視化等各項數據處理工（gōng）作，直至完成全部測量工作。

2 測量宏程序及其編製

     測量宏程序是加工中心在線測量的依據（jù），是使測頭按照一定速度和特定路線執行測量任務的命令集（jí）。

     在編製某個工件測（cè）量宏程序時，首先要製定工件的（de）檢測工藝方案，並（bìng）根據所使（shǐ）用的五軸加工中心規定的（de）指令代碼及程序格式（shì），將（jiāng）工件的檢測元素、幾何參數、測頭運動路徑規劃（huá）以及其他輔助動作編（biān）製成工件檢測程序單，再將程序單輸送給數（shù）控係統（tǒng），從而指（zhǐ）揮加工中心（xīn）實現檢測功能。工件結構形（xíng）狀、精度要求不同，檢測程序及參數也不同。

     測量（liàng）宏程序的編製應注（zhù）意以下幾個問題:

     ( 1) 由於測頭（tóu）和機床類型的（de）不同組合，為（wéi）實現不同測量功能的宏程序的編製（zhì）也不盡相同，編程者要對不同組合的係（xì）統進行分析和比較。

     ( 2) 要明確測量對象是序（xù）前、序中還是序後測量。序前測量由於被測要素的位置坐（zuò）標不明確，需要手動引導測頭進入測量區。而序中和序後測量，由於有準確的測量位置坐標，可通過程序實現自動測量。

     ( 3) 明確被測對象的幾何要素特征，選定相應的測量方法，包括（kuò）測量速度、測（cè）點（diǎn）數、測點（diǎn）分布（bù）、測頭接觸方式及測量路徑規劃等。

     ( 4) 因為是利用機床在線測量，機床要完（wán）成的加工工序比較（jiào）多（duō），對局部變（biàn）量( #1 ～ #33) 、公共（gòng）變量( #100 ～ #149，#500 ～ #531) 的（de）使用（yòng）應先進（jìn）行設計安排並（bìng）作出規劃表，以使工件加工和測（cè）量（liàng）中信息參數不至於因為地址重疊而發生數據混亂。從實現角度講，編製測量（liàng）宏程序最關鍵的問題是對宏變量的操作。宏程序中用係統變量保存模態（tài）信息變量，如記錄刀（dāo）具偏置值、工件偏置值和（hé）坐（zuò）標值等。公（gōng）共變量是各（gè）子宏程序之（zhī）間共同使用的變量，它們用來（lái）保存標定信（xìn）息或（huò）坐標轉換信息。與公共變量相反，各子宏程（chéng）序的局部變量相（xiàng）互獨立（lì），其有效範圍（wéi）隻局（jú）限在本程序。通過局部變量可實現數據交換、條件判斷等功能。

     ( 5) 測量（liàng）路（lù）徑的快速性、精確性和安全性是編製測量宏程序的關鍵。測頭的運動（dòng）速度包括定位速度和接近速度，即測量動作是由一個個定（dìng）位動作、接（jiē）近動作、接觸動作和後退動（dòng）作組合而成，如圖2 所示求高精度（dù）甚至精密檢測（cè）情況下，測量動作需要重複進行，以消（xiāo）除在線測量（liàng）係統中各種可能的隨機誤差因素。係統記錄每次測量的坐標值，並進行多次累加求出測點坐標平均值。如果采用多次碰撞重（chóng）複測量，並合理安排定位動作、接近動作（zuò）、接觸動作和後退工作的點坐標位置（zhì）和運動速度，即可保證測量的精度和速度。本係統中（zhōng）精密測量選項即是指重複測量求取平均值。測量路徑的安全性是指測量過（guò）程中工件和測頭的安（ān）全（quán）性，既要避免測頭對工件的擦（cā）傷，又要避免工（gōng）件或夾具對測頭的超程撞擊。

     對（duì）本係統來說，測量路（lù）徑的安全性（xìng）應遵循以下原則:

( 1) G31 指令程序段的下（xià）一段要用反向運動指令，這樣可有效地避免測頭的超程撞擊。

( 2) 要避免（miǎn）相鄰程序段連（lián）續（xù）使用G31，以免產生超程撞擊以致損（sǔn）壞測頭或工件。

( 3) 測頭尋找工件時用G31 指令並（bìng）使用較小的進給（gěi）速度，絕對不允許使用G00 或G01。

( 4) 對異形（xíng）件的測（cè）量，要充分考慮到中間障礙（ài）物的高（gāo）度、大小問題。

( 5) 多使用一些工藝性的防止碰撞的（de）程序段（duàn）。

3 測量宏程序實例

     圖（tú）3 為某箱體零件相交孔部分簡化（huà）結構示（shì）意圖。設（shè）計要求零件上（shàng）表麵（miàn）的垂直孔與斜側麵上的相交孔有較高的位置度。由（yóu）於箱體較大，移（yí）動及安裝定位不（bú）易，所以采用（yòng）在線測量的方式進行（háng）檢驗。以零件上表麵（miàn）垂直孔作為基準（zhǔn）孔，這樣可以消除零件安裝誤差對測量精度的影響。對每一被測孔通過坐標係變換，設定局部坐標（biāo）係，保證主軸軸線與（yǔ）孔軸線平行，局（jú）部坐標係的原點即為被測孔的位置理論點（diǎn）。坐標變換的原理如圖4 所示，先將原（yuán）坐標係平移至被（bèi）測孔（kǒng）中心（xīn）O1 ( xe，ye， ze) ，X 軸保持水平，坐標係繞X 軸旋轉α 角度，再繞Z軸旋轉γ 角度，便得到被測孔的（de）局部坐標係O1 X1 Y1Z1。測量主程序調（diào）用格式如下:

G65 P1001 X Y Z A C R M F HE Q B;

     參數說明: X( #24) 、Y( #25) 、Z( #26) 為被測孔端麵中心坐標值; A( #1) 、C( #3) 為被測孔局（jú）部坐標係繞X、Z 軸轉（zhuǎn）角; R( #18) 為被測孔半徑（jìng）; M( #13) 為標準測量( 0) 和精密測量( 1) 的選項; F( #9) 為（wéi）測頭快進速度; H( #11) 為測頭慢進( 工進) 速度; E( #8) 為測頭慢（màn）進和後退距離，一（yī）般（bān）應大於3. 0 mm; Q( #17) 為測頭探測超程距離，取值在2. 0 mm 左右; B( #2) 為需要的測點個數。

     測量宏程序見表1。

4 測量數據的處理

     以（yǐ）上宏程序測得的數據就是在局部坐標（biāo）係中被測孔圓周（zhōu）上的一係列點( xi，yi) ，根據測量數據采用最小二乘法得到擬合曲線圓方程，進而得到擬合（hé）曲線圓（yuán）心坐標( x1，y1) ，如圖5 所示，這項工作可以通過計算機專用程序軟件完成。z1坐標的測量可（kě）通過測頭垂直於孔口端麵接（jiē）觸工件（jiàn）來獲（huò）得，便得到被測孔的位置坐標Om ( x1、y1、z1) 。孔的理論位置為（wéi）O1 ( 0，0，0) ，於是，被測孔的（de）位置度誤差為

5 結語

     在線自動（dòng）測量技術（shù）是一（yī）項先進、高效、精（jīng）確的檢測技術，尤其適應於高精度大型箱體類工件及（jí）安裝（zhuāng）定位不太容易的工件，對保證工件加工質量和提高生產效率具有很高的實用價值。本文論述了高精度箱體相交孔係（xì）在線測量係統的組成和（hé）工作原理、測量數據的處理。通（tōng）過（guò）局部坐標係的（de）建立，簡化了測（cè）量（liàng）工作。對於（yú）測（cè）量係統研發的重點工作即測量宏程（chéng）序的編（biān）製（zhì）原則、工藝方案（àn）以及測量的快速性、精確性、安全性作了重點的分析和討論，並以實際案例來說明宏程（chéng）序（xù）的編製方

法。