局部坐標係最（zuì）小二乘法擬合曲（qǔ）線圓心在一（yī）些大型、高精度箱體類零件的孔係加工中，對於孔的形位公差的測量是一個決定生產質量和效率的關鍵環節。但在目前實際（jì）生產中所采用的各種方法，手工檢測精度和效率較低; 三坐標檢測本身測（cè）量精度很高，但離線（xiàn）測量不但帶來很大的定位基（jī）準誤差，且對工件的修（xiū）正（zhèng）加工帶來困難，多次裝夾工件還（hái）增加了工（gōng）作強度; 而利用加工中心機床（chuáng）本身的功能，在線測量不（bú）僅（jǐn）能更好地滿足工件檢測精度要求，對提高生產質量和生產效率，減輕勞動強度都有著很高的應用價值。本（běn）文針對（duì）高精度箱體上相交斜孔位置度在線自動檢測問題進行了研（yán）究，提出了開發設計的思路（lù）和方法，並對係統（tǒng）測量宏程序（xù）的編製進（jìn）行了深入的分析和研討（tǎo），通過箱體相交斜孔的生產實例，編製了檢測宏程序。同時，對係統的組成原理、工藝性、檢測精度、安全性以及數據處理等作（zuò）了必要的論述。

1 基本組成和工作原理

    五（wǔ）軸（zhóu）加工中（zhōng）心在線自動測量係統包括加工（gōng）中心、計算機、測頭係統和工件。接觸式測頭像普通刀具一樣安裝在加工中心刀庫中，可（kě）由程序控製實現自動調出並安裝在主軸（zhóu）上，測頭就相（xiàng）當於一個重複精度很（hěn）高的觸點開（kāi）關（guān）。其工作原理如圖1 所示，首先在計算機上生成自動測量宏程序，並將測量宏程（chéng）序由RS232 通信接口傳（chuán）輸給機床數控係統，數控係統將（jiāng）程序處理後，發出控（kòng）製（zhì）指令（lìng），從而使機床伺服係統驅動工作（zuò）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，當測球以一定的速（sù）度接觸（chù）工件時，測頭被觸發，測頭內部觸點脫開，觸（chù）發信（xìn）號傳到轉換器，轉換器發出短暫的蜂鳴（míng）聲，並通過測頭與數控係統的專（zhuān）用接口轉變成數控（kòng）係統可識別的信號，該點（diǎn）瞬時的機床坐標由運行的（de）程序讀出並記入相應的變量中。信號接受後，加工中心立即停止運（yùn）動。測頭允許一定的（de）超程，但測頭的運動速度不能過高，以免損壞，必須用跳步指令來實現測量（liàng）工進動作( 如FANUC 0mc 係統的跳步指令為G31) 。當測頭離開工件（jiàn）時，發出（chū）第2 次蜂鳴聲，測杆複位。

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

2 測量宏程序及其編製

     測量宏程序是（shì）加工中心在（zài）線測量的依據，是使測頭按照一定（dìng）速度和特定路（lù）線執行（háng）測量任（rèn）務的命令集。

     在（zài）編製某個工件測量宏程序時，首（shǒu）先要製（zhì）定工件（jiàn）的檢測工藝方（fāng）案，並根據所使用的五軸加工中心規定的指令代碼（mǎ）及程序格式，將工（gōng）件的檢測元素、幾何參數、測頭運動路（lù）徑規劃（huá）以及其他輔助動作編（biān）製成工件檢測程序單，再（zài）將程序單輸送給數控係統，從（cóng）而指揮加工中（zhōng）心實現檢測功能。工（gōng）件結構形狀、精度要求不同，檢測程序及參數也不同。

     測量宏程序的編製（zhì）應注意以下幾個問題:

     ( 1) 由於測頭和機床類型的不同組合，為實現不同測量功能的（de）宏程序的編製也不盡相同（tóng），編程者要對不同組合的係統進（jìn）行（háng）分析（xī）和比較。

     ( 2) 要明確測量對象是（shì）序前、序中還是序後測量。序前測量由於被測要素的（de）位置坐標不明確，需要手動引導測頭進入測量區。而序中（zhōng）和序後測量，由於有準確的測量位置（zhì）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，包括測量速度、測點數、測點分布、測頭接觸方式及測量路徑規劃等。

     ( 4) 因為是利用機床在線（xiàn）測量，機床要完成（chéng）的加工工序比較多，對局部變量( #1 ～ #33) 、公共變量( #100 ～ #149，#500 ～ #531) 的使用應先進行設（shè）計安排並作出規劃表，以使工件加工和（hé）測（cè）量中信息參（cān）數不至於因為地址重疊而發生數據混亂。從（cóng）實（shí）現角度講，編製測量宏程序（xù）最關鍵的問（wèn）題是對（duì）宏變（biàn）量的操作。宏程序中用係統變量（liàng）保存模態信息變（biàn）量（liàng），如記錄刀具偏置值、工件偏置值和（hé）坐標值等。公共變量是各子宏（hóng）程序之間共同使用的變量（liàng），它們用（yòng）來保存標定信（xìn）息或坐標轉換信息。與公共變量相反（fǎn），各（gè）子宏程序的局部變量相互獨立，其有效範圍隻局限在（zài）本程序。通（tōng）過（guò）局部變量可實現數（shù）據交換、條件判（pàn）斷等功能。

     ( 5) 測量路徑的快速性、精確性（xìng）和安全（quán）性是（shì）編製測量宏程序的關鍵。測頭的運動速度（dù）包（bāo）括定位速（sù）度和接近速度，即測量（liàng）動作是由（yóu）一個個定位動作、接近動作、接（jiē）觸動作和後退動作（zuò）組合而成，如圖2 所示求高精度甚（shèn）至精密檢測情況下，測量動作需要重複進行，以消（xiāo）除在線測量係統中（zhōng）各種可能的隨機誤差因素（sù）。係統記（jì）錄每（měi）次測量的坐標值，並進行多次累加求出測（cè）點坐（zuò）標平均值。如果采用多次碰撞重複（fù）測量，並合理安排定位動作（zuò）、接近動作、接觸動作（zuò）和後退工作的點坐標位置和運動速度，即可保證（zhèng）測量的（de）精度和速度。本係統中精密（mì）測量選項即是指重複測量（liàng）求取平均值。測量路徑（jìng）的安全性是（shì）指測量過程中（zhōng）工件和測頭的（de）安全性，既要避免測頭對工件的擦傷，又要（yào）避免工件或夾具對（duì）測頭的超程撞擊。

     對本係統來說，測量路徑的安全（quán）性應遵（zūn）循（xún）以下原則:

( 1) G31 指令程序（xù）段的（de）下一段要用反向運動指令，這樣可（kě）有效地避免測頭的超程（chéng）撞擊。

( 2) 要避免相鄰程序段連續（xù）使用G31，以免產生超程撞擊以致損壞測頭或工（gōng）件。

( 3) 測頭尋找工件時用G31 指令並使用（yòng）較小（xiǎo）的進給速（sù）度，絕對不允（yǔn）許使用G00 或G01。

( 4) 對異形件的測量，要（yào）充分考慮到中間障礙物的高度、大小問題。

( 5) 多使用一些工藝性的防止碰撞的程序段。

3 測量宏程序實例（lì）

     圖3 為某箱體零件相交孔部分簡化結構示意圖（tú）。設計要求零件上（shàng）表麵的垂直孔與（yǔ）斜側麵上的（de）相交孔有較高的位置度。由於箱體較大（dà），移動及安裝定位不易，所以采用在（zài）線測量（liàng）的方式進行檢驗。以零件上（shàng）表麵垂直孔作為基準孔（kǒng），這樣可以消除零件安裝誤（wù）差對測量精度的影響。對每一被測孔通過坐標係變換，設（shè）定局部坐標係，保證主軸軸線與孔軸線平行，局部坐標係的（de）原點即為被測孔的位置理論點。坐標變換的原理如圖4 所示，先將原坐標係平（píng）移至被測孔中心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（xuán）轉γ 角度，便得到被測孔的（de）局部坐標係O1 X1 Y1Z1。測量主程序調用格式如（rú）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（cè）孔端麵中心坐標值; A( #1) 、C( #3) 為被測（cè）孔局部坐標係（xì）繞X、Z 軸轉角; R( #18) 為被測孔半徑; M( #13) 為標準測量( 0) 和精密測量( 1) 的選項; F( #9) 為測頭快進（jìn）速度（dù）; H( #11) 為測頭慢進( 工進) 速度; E( #8) 為測頭慢進和後（hòu）退距離，一般應大於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（de）測點個數。

     測量宏程序見表1。

4 測量數據的處理

     以上宏程序測得的數據就是在局部坐標係中被測孔圓（yuán）周上的一係列點( xi，yi) ，根據（jù）測量數據采用最小二（èr）乘（chéng）法得到擬合曲（qǔ）線（xiàn）圓方程，進而得到擬合曲（qǔ）線圓心坐標( x1，y1) ，如圖5 所示，這項工作可以通過計算機專（zhuān）用程序軟件完成。z1坐標的測量（liàng）可通過測頭垂（chuí）直於孔口端麵接觸工件來獲（huò）得，便得到被測孔的位置坐標Om ( x1、y1、z1) 。孔的理論位置為O1 ( 0，0，0) ，於是，被測（cè）孔的位置度誤差（chà）為

5 結語

     在線自動測量技術是一項先進、高效（xiào）、精確的檢測技術，尤其適應於高精度大型箱體類（lèi）工件及安裝定位不太容易的工件，對保證工件加工質量和提高生產效（xiào）率（lǜ）具有很高的實用價值。本文論述（shù）了（le）高精度箱體相交孔係在（zài）線測（cè）量係統的組成和工作（zuò）原理、測量數據的處理。通過局部（bù）坐（zuò）標係的建（jiàn）立，簡化了測（cè）量（liàng）工作。對於（yú）測量係統研發（fā）的重點（diǎn）工作即測量宏程序的編製原則、工（gōng）藝方（fāng）案以及測量的快速性、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序的編製方（fāng）

法。