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　　科學研究一類用作數控加工機床的鉆孔在機檢驗技術，用作對加工操作過程產品質量展開監控和掌控，以延長大型鉆孔的加工制造周期性，改變現有制造加工應用領域手工檢驗商業模式或app抽檢商業模式的現狀。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同時實現方案。在機檢驗掌控系統主要由數控機床、A43EI235E測頭、有線訊號轉交器、掌控排序機及其量測軟件共同組成。數控機床作為量測體育運動驅動力機構，其切入點帶動A43EI235E測頭對鉆孔展開量測，并把量測結論透過有線訊號轉交器數據傳輸到掌控排序機，透過模型反求和統計數據結合預處理，在機動態得出鉆孔加工產品質量報告。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：數控機床；在機檢驗；A43EI235E測頭；模型重構

在先進制造技術應用領域中,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品質量監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，國外在數控機床在機檢驗技術應用領域開展了一些探索和科學研究工作。具有代表性的企業是英國雷尼紹公司，該公司開發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。雷尼紹公司開發了OMP(RMP)和TP系列在機手動測頭及量測軟件掌控系統，能同時實現加工生產線上加工數值的手動利斯涅量測。但是這些量測掌控系統依然存在著統計數據預處理能力不夠完善，尤其對Brossac面量測同時實現困難等問題。

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控加工民主自由球面檢驗掌控系統架構，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。然而大部份生產企業中，具有繁雜結構和球面特點的鉆孔依然沒有達到快速介科羽檢驗和產品質量動態掌控要求。目前，我國制造加工應用領域依然使用傳統的app檢驗商業模式，即按理論體積中差數控程式設計，加工結束后，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周期性，而且再此裝夾帶來的數值也會造成嚴重的產品質量隱患。

鉆孔在機檢驗掌控系統與數控加工掌控系統緊密結合，其主要由數控機床、三合一傳感器與PDP處理器、有線訊號轉交器、掌控排序機及其量測軟件等共同組成。數控機床作為量測體育運動驅動力機構，其加工切入點從刀庫中手動取出三合一測頭器，并轉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交器與三合一測頭有線連接，動態轉交來自測頭的量測重要信息，同時它透過RS232串行接口與數控機床相連接，讀取機床的狀態和發送檢驗掌控命令。掌控排序機最終透過模型反求和統計數據結合預處理，全手動高工作效率地順利完成繁雜工件的在機產品質量評估，數控機床在機量測掌控系統如圖1所示。

　　1 鉆孔在機量測掌控系統架構

在機量測掌控系統選用利斯涅量測方式以及重要信息光電數據傳輸等精密檢驗與處理技術，并與雷射三角非智能卡量測方法相結合，軟件系統新一代在機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計數據展開預處理操作，這個操作過程既能app順利完成，又能在線展開。其主要內容包括初始量測重要信息低通濾波器、統計數據結合與補償金排序、曲線復建、球面復建、模型驗證等。經統計數據預處理演算法分析后，手動產生加工鉆孔的實際加工體積二維數字模型，進而能透過與標準加工CAD模型的比對，最終檢驗結論以關鍵性鉆孔截面體積、位置度數值報表等形式得出。該掌控系統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

　　傳統的在機測頭選用單一觸發方式同時實現高精度量測，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結構設計方法，其軟件系統了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據處理中心。整體測頭結構的優化配置既能保證不同量測統計數據的無干涉獲取，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，從而同時實現鉆孔的主動式影像特點提取。重要數據處理中心順利完成重要信息的低通濾波器、結合處理和重要信息有線傳達等，為量測掌控系統的統計數據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論統計數據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統計數據處理速度，鉆孔在機測頭選用PDP重要數據處理技術對量測統計數據展開預處理。

　　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計數據數據傳輸率，另外配置8通道的數字I/O同時實現掌控系統中的控制器輸入和輸出掌控和10M/100MbaseTX標準的以太網接口。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，便于測頭結構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

三合一量測統計數據是透過有線傳感器傳達給掌控排序機的。量測統計數據分為雷射點云掃描統計數據和電極點云探測統計數據兩種，其中電極點云探測統計數據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，因此點云統計數據稀疏；雷射點云掃描統計數據選用非碰觸的雷射器和照相機同時實現，具有量測速度快的優勢，量測重要信息較為稠密，但是量測統計數據精度相對較低。兩種量測統計數據分別在不同時段獲得，統計數據由量測掌控系統有線發送器發出后，由掌控排序機的有線轉交端動態轉交和手動存儲。在機量測掌控系統依據量測介科羽的特點對量測點的數量、分布及量測進度展開動態規劃，并基于OpenGL二維引擎技術同時實現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。為同時實現數控機床加工鉆孔在線量測任務，在機檢驗掌控系統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標準統計數據；

　　（2）機床檢驗狀態初始化；

　　（3）掌控排序機向機床發送檢驗掌控命令，順利完成整個鉆孔量測任務；

　　（4）讀取和顯示量測結論；

　　（5）統計數據預處理，根據不同鉆孔特點同時實現球面復建和模型驗證；

　　（6）生成數控加工修改G代碼。

此外，用戶也能根據量測需要，透過交互干預修改測點位置、數量以及量測路徑，從而獲得特定的量測方案和結論。掌控排序機讀取的CAD標準統計數據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的設計體積。同時，標準統計數據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、量測路徑規劃方法的選擇和后續量測結論的評價。

　　3.2 在機量測掌控系統功能模塊共同組成

　　鉆孔在機檢驗掌控系統選用獨立模塊化的開發方式，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則特點，其檢驗操作過程結合多種量測方法和多次重復分區域量測是十分必要的。在掌控系統結構中，掌控排序機與數控加工設備的銜接是靠串口通訊同時實現的，并且透過有線轉交器動態讀取檢驗統計數據重要信息。從統計數據接口、坐標系映射、工藝流程指導3個環節建立完整的接口，保證檢驗環節與加工環節的協調工作。數控加工在機檢驗掌控系統所涉及功能模塊。

掌控系統功能模塊主要分為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合3個基本模塊構成了鉆孔量測重要信息獲取及與處理部份；掌控系統標定、機械結構應力分析、量測包絡域分析和數值補償金構成量測掌控系統自校正部份；數控加工掌控、路徑規劃及各接口模塊構成量測掌控系統的體育運動與重要信息數據傳輸部份；統計數據處理、表層品質評估與加工路徑修改等模塊構成量測掌控系統的量測結論生成與顯示部份。上述量測掌控系統的4個共同組成部份相互耦合連接，重要信息共享，成為同時實現數控加工在機檢驗的基本構成部份。

　　數控加工在機檢驗掌控系統模塊化設計不僅增加了用戶選擇產品的靈活性，滿足不同精度和要求產品產品質量的評估需求，同時也為在機檢驗掌控系統的升級和改進提供了方便。

從軟件同時實現角度，將量測掌控系統的功能模塊序列化和結構化是十分必要的，它不僅能夠更好地體現量測軟件設計思路，而且使得各具體功能模塊的同時實現操作過程更加清晰。將軟件功能層次化，能夠根據操作流程理清軟件代碼編寫思路，提高軟件編寫產品質量和速度。將鉆孔在機檢驗掌控系統的軟件功能劃分為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的重點，包括了球面重構、數值補償金、統計數據結合以及測頭姿態與檢驗路徑規劃等重要核心演算法的同時實現；處理層和接口層為量測重要信息提供統計數據維護和顯示等操作；而通訊層同時實現統計數據或掌控命令在各掌控系統共同組成部份之間的傳達。

為同時實現加工操作過程手動化，依據加工鉆孔檢驗評估結論，掌控排序機檢驗軟件會根據不同數控加工掌控系統的需求，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合的一體化加工掌控系統，進一步提高了數控加工繁雜鉆孔的工作效率。

　　3.3 鉆孔在機量測同時實現操作過程

量測統計數據結合處理是該量測掌控系統的一個重要特點。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、量測環境、待測鉆孔的繁雜程度、待測鉆孔的表層粗糙度和材質硬度等。文中明確提出的三合一量測方法根據上述具體情況選用不同的量測規劃方法。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，雷射量測結論經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計數據展開補償金和校正。鉆孔在機量測同時實現操作過程。

數控加工鉆孔在機量測掌控系統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控加工掌控系統。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規則，首先量測掌控系統驅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；量測掌控系統參數精確標定和雷射手動掃描路徑規劃G代碼傳達；機床驅動力切入點，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域展開量測方式調整和補測或重測。

　　4 鉆孔量測二維模型重構實驗結論

為實施文中明確提出的在機鉆孔量測方案，基于FUNAC 0i數控掌控系統和VMC0851型號數控加工中心平臺，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絡接受來自測頭的量測重要信息，并同時實現了統計數據預處理及鉆孔二維模型重構，模型重構結論與鉆孔設計加工CAD標準型面體積做數值比較分析后，生成加工數值報告。

　　5 結論

　　本文科學研究了一類用作數控加工機床的鉆孔在機檢驗技術問題。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，將檢驗技術融于數控加工的操作過程之中，選用在機量測的方式，及時發現鉆孔加工操作過程介科羽體積缺陷，并反饋給數控加工掌控系統。該掌控系統能及時修改加工操作過程數值和隨機數值，以改變機床的體育運動參數，更好地保證加工產品質量，促進加工與量測一體化發展。科學研究不同特點介科羽的三合一量測體育運動路徑規劃合理性是下一步工作的重點。

　　( 文章來源：互聯網 )

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