科学研究一类用作数控加工机床的钻孔在机检验技术，用作对加工操作过程产品质量展开监控和掌控，以延长大型钻孔的加工制造周期性，改变现有制造加工应用领域手工检验商业模式或app抽检商业模式的现状。设计一类新的三合一在机测头并明确提出其量测掌控系统同时实现方案。在机检验掌控系统主要由数控机床、A43EI235E测头、有线讯号转交器、掌控排序机及其量测软件共同组成。数控机床作为量测体育运动驱动力机构，其切入点带动A43EI235E测头对钻孔展开量测，并把量测结论透过有线讯号转交器数据传输到掌控排序机，透过模型反求和统计数据结合预处理，在机动态得出钻孔加工产品质量报告。透过在机修改钻孔加工路径，提高钻孔制造合格率和加工工作效率。

　　关键性词：数控机床；在机检验；A43EI235E测头；模型重构

在先进制造技术应用领域中,繁杂精密零件制造加工水准占有重要地位。装备整体性能取决于关键性重要部件的整体加工水准。实施加工操作过程产品质量监控和掌控是确保和提升繁杂精密零件加工水准的关键性。近年来，国外在数控机床在机检验技术应用领域开展了一些探索和科学研究工作。具有代表性的企业是英国雷尼绍公司，该公司开发了多种型号的在机利斯涅测头器，并且被广泛应用作制造加工应用领域中。雷尼绍公司开发了OMP(RMP)和TP系列在机手动测头及量测软件掌控系统，能同时实现加工生产线上加工数值的手动利斯涅量测。但是这些量测掌控系统依然存在着统计数据预处理能力不够完善，尤其对Brossac面量测同时实现困难等问题。

美国Ng HUNG教授等科学研究了app检验手动程式设计方法，但需要对钻孔展开多次装卡。韩国PAHK等科学研究了加工钻孔上的一些简单的面、孔和槽等特点的精度检验， KyungDon KIM用利斯涅测头和量测G代码同时实现两轴半机床的体积量测，直接在机床上生成检验程序。美国俄亥俄州立大学C H MENQ等在20世纪90年代初就明确提出了数控加工民主自由球面检验掌控系统架构，并针对具有民主自由球面特点介科羽特点的智能卡在机量测方法、模型匹配等问题展开了深入探讨。然而大部份生产企业中，具有繁杂结构和球面特点的钻孔依然没有达到快速介科羽检验和产品质量动态掌控要求。目前，我国制造加工应用领域依然使用传统的app检验商业模式，即按理论体积中差数控程式设计，加工结束后，送app三坐标量测机检验，当某些部位体积未到达精度要求时，需要重新返回到加工现场，再次装夹、找正，再展开修改加工。这种方式不仅极大地延长了生产周期性，而且再此装夹带来的数值也会造成严重的产品质量隐患。

钻孔在机检验掌控系统与数控加工掌控系统紧密结合，其主要由数控机床、三合一传感器与PDP处理器、有线讯号转交器、掌控排序机及其量测软件等共同组成。数控机床作为量测体育运动驱动力机构，其加工切入点从刀库中手动取出三合一测头器，并转交来自掌控排序机的量测体育运动指令，对钻孔展开量测。掌控排序机透过有线转交器与三合一测头有线连接，动态转交来自测头的量测重要信息，同时它透过RS232串行接口与数控机床相连接，读取机床的状态和发送检验掌控命令。掌控排序机最终透过模型反求和统计数据结合预处理，全手动高工作效率地顺利完成繁杂工件的在机产品质量评估，数控机床在机量测掌控系统如图1所示。

　　1 钻孔在机量测掌控系统架构

在机量测掌控系统选用利斯涅量测方式以及重要信息光电数据传输等精密检验与处理技术，并与雷射三角非智能卡量测方法相结合，软件系统新一代在机PDP测头，为钻孔加工操作过程中的快速、精密体积量测提供可信重要信息采集与重要信息预处理器。掌控排序机对两种量测点云统计数据展开预处理操作，这个操作过程既能app顺利完成，又能在线展开。其主要内容包括初始量测重要信息低通滤波器、统计数据结合与补偿金排序、曲线复建、球面复建、模型验证等。经统计数据预处理演算法分析后，手动产生加工钻孔的实际加工体积二维数字模型，进而能透过与标准加工CAD模型的比对，最终检验结论以关键性钻孔截面体积、位置度数值报表等形式得出。该掌控系统不仅能顺利完成孔状、凸台和凹槽等特点的检验，还能顺利完成具有民主自由球面或其他扭曲特点的Brossac面扫描。

　　2 在机量测A43EI235E测头设计

　　传统的在机测头选用单一触发方式同时实现高精度量测，量测工作效率受到量测方式的制约。文中明确提出的在机测头选用PDPA43EI235E结构设计方法，其软件系统了3个主要共同组成部份，即电极智能卡量测器、雷射非智能卡量测器和量测重要数据处理中心。整体测头结构的优化配置既能保证不同量测统计数据的无干涉获取，又能合理解决电源供给、讯号线连接和传送问题，并便于从刀库取、放和工作时的操作安全避障。钻孔在机量测三合一测头设计选用Pro/E工程软件顺利完成。

三合一测头是软件系统了力学、光学及影像量测原理的一类新型二维表面量测器。其中，电极智能卡量测器是由控制器式传感器、电极和碰触护耳部份共同组成。在碰触护耳碰触到钻孔表层并达到一定压力时，作用力透过电极传达给控制器式传感器，器就会立即反馈被量测位置重要信息。雷射非智能卡量测器主要由雷射源、照相机和影像采集卡等部份共同组成。雷射源在被测钻孔上打出线式光重要信息，然后透过DD91照相机来捕捉，从而同时实现钻孔的主动式影像特点提取。重要数据处理中心顺利完成重要信息的低通滤波器、结合处理和重要信息有线传达等，为量测掌控系统的统计数据预处理提供可信重要信息支持。预处理演算法对量测点坐标展开补偿金，顺利完成各种体积及精度排序。用户能透过打开量测结论统计数据文件获得量测点重要信息，并排序得到所量测目标表层二维重要信息值。

在保证满足量测精度要求的前提条件下，提高量测工作效率是三合一测头设计的要求。为提高量测掌控系统统计数据处理速度，钻孔在机测头选用PDP重要数据处理技术对量测统计数据展开预处理。

　　测头PDP板卡以主频720 MHz的TMS320DM642为主处理器，具有4M×8b 的SDRAM和4M×8b的Flash存储器，具有上电自启动功能。PDP板卡选用2通道的视频输入方式采集模拟照相机讯号，可程式设计配置异步串口的统计数据数据传输率，另外配置8通道的数字I/O同时实现掌控系统中的控制器输入和输出掌控和10M/100MbaseTX标准的以太网接口。板卡设计工作温度为0~70 ℃，板卡机械体积较小，大小仅为80 mm×80 mm，便于测头结构小型化设计和操作便捷性。

3 钻孔在机量测方法

　　3.1 钻孔在机量测步骤

三合一量测统计数据是透过有线传感器传达给掌控排序机的。量测统计数据分为雷射点云扫描统计数据和电极点云探测统计数据两种，其中电极点云探测统计数据由智能卡量测方式获得，该量测方式的特点是量测精度较高，但是量测速度慢，因此点云统计数据稀疏；雷射点云扫描统计数据选用非碰触的雷射器和照相机同时实现，具有量测速度快的优势，量测重要信息较为稠密，但是量测统计数据精度相对较低。两种量测统计数据分别在不同时段获得，统计数据由量测掌控系统有线发送器发出后，由掌控排序机的有线转交端动态转交和手动存储。在机量测掌控系统依据量测介科羽的特点对量测点的数量、分布及量测进度展开动态规划，并基于OpenGL二维引擎技术同时实现加工介科羽的二维绘制，从而为用户提供直观的量测交互界面。为同时实现数控机床加工钻孔在线量测任务，在机检验掌控系统的基本操作步骤分为如下6个步骤：

　　（1）用户透过掌控排序机读取待测钻孔的CAD标准统计数据；

　　（2）机床检验状态初始化；

　　（3）掌控排序机向机床发送检验掌控命令，顺利完成整个钻孔量测任务；

　　（4）读取和显示量测结论；

　　（5）统计数据预处理，根据不同钻孔特点同时实现球面复建和模型验证；

　　（6）生成数控加工修改G代码。

此外，用户也能根据量测需要，透过交互干预修改测点位置、数量以及量测路径，从而获得特定的量测方案和结论。掌控排序机读取的CAD标准统计数据主要是待测钻孔的二维模型重要信息，也就是钻孔加工所依据的设计体积。同时，标准统计数据还包括钻孔关键性截面体积和各部份加工精度要求，便于量测方式、量测路径规划方法的选择和后续量测结论的评价。

　　3.2 在机量测掌控系统功能模块共同组成

　　钻孔在机检验掌控系统选用独立模块化的开发方式，更有利于满足用户的选择性需求。被测钻孔通常具有较多的圆孔、凹槽、凸台或民主自由球面等不规则特点，其检验操作过程结合多种量测方法和多次重复分区域量测是十分必要的。在掌控系统结构中，掌控排序机与数控加工设备的衔接是靠串口通讯同时实现的，并且透过有线转交器动态读取检验统计数据重要信息。从统计数据接口、坐标系映射、工艺流程指导3个环节建立完整的接口，保证检验环节与加工环节的协调工作。数控加工在机检验掌控系统所涉及功能模块。

掌控系统功能模块主要分为4个共同组成部份，其中智能卡量测、非智能卡量测及重要信息结合3个基本模块构成了钻孔量测重要信息获取及与处理部份；掌控系统标定、机械结构应力分析、量测包络域分析和数值补偿金构成量测掌控系统自校正部份；数控加工掌控、路径规划及各接口模块构成量测掌控系统的体育运动与重要信息数据传输部份；统计数据处理、表层品质评估与加工路径修改等模块构成量测掌控系统的量测结论生成与显示部份。上述量测掌控系统的4个共同组成部份相互耦合连接，重要信息共享，成为同时实现数控加工在机检验的基本构成部份。

　　数控加工在机检验掌控系统模块化设计不仅增加了用户选择产品的灵活性，满足不同精度和要求产品产品质量的评估需求，同时也为在机检验掌控系统的升级和改进提供了方便。

从软件同时实现角度，将量测掌控系统的功能模块序列化和结构化是十分必要的，它不仅能够更好地体现量测软件设计思路，而且使得各具体功能模块的同时实现操作过程更加清晰。将软件功能层次化，能够根据操作流程理清软件代码编写思路，提高软件编写产品质量和速度。将钻孔在机检验掌控系统的软件功能划分为4个层次，其操作流程。

　　在机量测掌控系统软件共分为通讯层、演算法层、处理层和接口层4个层次。其中演算法层设计为量测软件功能同时实现的重点，包括了球面重构、数值补偿金、统计数据结合以及测头姿态与检验路径规划等重要核心演算法的同时实现；处理层和接口层为量测重要信息提供统计数据维护和显示等操作；而通讯层同时实现统计数据或掌控命令在各掌控系统共同组成部份之间的传达。

为同时实现加工操作过程手动化，依据加工钻孔检验评估结论，掌控排序机检验软件会根据不同数控加工掌控系统的需求，生成相应的加工位姿和加工路径修改G代码，并作为另一类检验结论形式传达给机床。这种钻孔在机检验与修改加工路径相结合的一体化加工掌控系统，进一步提高了数控加工繁杂钻孔的工作效率。

　　3.3 钻孔在机量测同时实现操作过程

量测统计数据结合处理是该量测掌控系统的一个重要特点。钻孔量测方式的选择需要综合考虑很多因素，其中包括量测精度要求、量测时间、量测环境、待测钻孔的繁杂程度、待测钻孔的表层粗糙度和材质硬度等。文中明确提出的三合一量测方法根据上述具体情况选用不同的量测规划方法。对于量测速度要求较高、而量测精度不高的粗加钻孔，通常主要由雷射非智能卡量测顺利完成。尤其是对于蜡模和材质相对较软的钻孔，雷射非智能卡量测方法具有保护加钻孔不被测具破坏的优点。对于大部份精密合金钻孔，其局部体积特点会影响到整个钻孔的工作性能，这些关键性介科羽由测头电极展开智能卡重复量测，保证加工精度。这样，雷射量测结论经过重要信息低通滤波器和平滑处理后，其边缘特点、局部遮挡特点和关键性介科羽特点都能由电极量测统计数据展开补偿金和校正。钻孔在机量测同时实现操作过程。

数控加工钻孔在机量测掌控系统按量测要求手动生成量测掌控指令，并由掌控排序机透过串行通讯方式传达给机床数控加工掌控系统。从图6中可见，一条量测掌控指令的生成操作过程需要满足掌控系统规则，首先量测掌控系统驱动力加工切入点在刀库中选择三合一测头，并在掌控排序机与测头间建立有线通讯连接；量测掌控系统参数精确标定和雷射手动扫描路径规划G代码传达；机床驱动力切入点，对钻孔展开非智能卡雷射量测；手动展开电极智能卡量测点选取，生成智能卡量测路径和G代码传达；机床驱动力切入点，对钻孔展开智能卡电极量测；最终展开钻孔量测重要信息完整性确认，对不满足量测要求的区域展开量测方式调整和补测或重测。

　　4 钻孔量测二维模型重构实验结论

为实施文中明确提出的在机钻孔量测方案，基于FUNAC 0i数控掌控系统和VMC0851型号数控加工中心平台，加工制作了新型三合一在机测头，并顺利完成了典型具有孔、面和阶梯块基本特点钻孔的在机量测，其实际量测操作过程中的截图见图7。掌控排序机透过有线网络接受来自测头的量测重要信息，并同时实现了统计数据预处理及钻孔二维模型重构，模型重构结论与钻孔设计加工CAD标准型面体积做数值比较分析后，生成加工数值报告。

　　5 结论

　　本文科学研究了一类用作数控加工机床的钻孔在机检验技术问题。本文的主要贡献在于：明确提出了一类新型的钻孔表层体积在机量测方法，将检验技术融于数控加工的操作过程之中，选用在机量测的方式，及时发现钻孔加工操作过程介科羽体积缺陷，并反馈给数控加工掌控系统。该掌控系统能及时修改加工操作过程数值和随机数值，以改变机床的体育运动参数，更好地保证加工产品质量，促进加工与量测一体化发展。科学研究不同特点介科羽的三合一量测体育运动路径规划合理性是下一步工作的重点。

　　( 文章来源：互联网 )

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