加工中心在线检测实物编程技术研究---硕士论文

河北工业大学硕士学位论文分类号：密级：U D C：编号： 学位论文加工中心在线检测实物编程技术研究及系统开发指导教师姓名： 教授 河北工业大学申请学位级别：硕 士学科、专业名称： 机械制造及其自动化论文提交日期： 年 月论文答辩日期: 年 月学位授予单位：河北工业大学答辩委员会主席：评阅人： 年 月iii河北工业大学硕士学位论文摘要加工中心在线检测技术是信息制造技术重要的单元技术之一，是目前国内外研究的前沿和热点问题。本论文深入研究了基于工件实物的加工中心在线检测编程技术，开发了实用的自动编程系统。利用该系统可大大提高检测编程效率、可靠性和可操作性。系统可以用于实现加工中心在线提取工件几何信息、加工信息。对提高产品加工精度、效率，以及新产品开发、旧产品改型和样件仿制等方面均有重要意义。论文主要在以下几个方面开展工作：1 综合分析加工中心在线检测技术目前的发展现状及在生产中的应用情况，并结合制造信息化的发展趋势，本着简单化、专用化、实用化、人性化的宗旨，研究了了基于工件实物的加工中心在线检测自动编程的基本方法。2 深入研究包括：检测路径规划、检测过程控制等在内的基于实物编程的在线检测关键技术，建立并完善检测宏程序库。3 研究基于实物的在线检测编程方法，选择合理的开发平台。4 对加工中心在线检测实物编程系统进行总体设计，开发集成参数式赋值编程、图形编程及特征描述编程的自动编程系统，实现基于工件实物的加工中心在线检测。关键词：加工中心，在线检测，宏程序库，实物编程iii河北工业大学硕士学位论文RESEARCH AND DEVELOPMENT OFON-LINE INSPECTING SYSTEM FOR MACHINE CENTERBASED ON ENTITY PROGRAMMINGABSTRACTOn-line inspecting is important one of the cell techniques, and it is the leading and hot issue inland and overseas today. The article studies thoroughly the technology of on-line inspecting on machining center Based on the entity, and develops a applied system of programming automatically, which can improve greatly the efficiency, reliability, and maneuverability of inspecting. The system can abstract geometrical and machining information of the workpiece on line on machining center, which is very important in such aspects as improving the machining precision and efficiency, developing the new production, remodeling the old production and copying the sample workpiece.The contents of the study are as follows:1. Some analyses have been done on the actual state of on-line inspecting and its application in actual producing course. Based on the trend of manufacturing through information, the method of object oriented programming automatically for on-line inspecting on machining center is studied, and the idea including simplification, customization, practicality and humanity is considered.2. Key techniques of the entity programming including layout the inspecting road, control the inspecting course etc is studied thoroughly, and a strong macro program-library is built and consummated.3. A deep study has been done on the method of programming on line based on the entity, and a reasonable exploitation platform is selected to design the software system.4. The entity programming system for on-line inspection is designed totally, and parameter programming, graph programming and character programming are integrated, which can complete on-line inspecting on machining center based on the entity.KEY WORDS: machining center, on-line inspecting, inspecting macro program library, entity programmingiv河北工业大学硕士学位论文目录摘要ABSTRACT目录第一章 绪论11-1 引言1 1-2 数控技术的发展1 1-3 加工中心在线检测技术综述2 1-3-1 加工中心在线检测系统组成3 1-3-2 加工中心在线检测技术目前的发展现状及发展趋势41-4 实物编程技术的提出5 1-4-1 课题提出5 1-4-2 定义5 1-4-3 系统工作流程6 1-5 本学位论文的主要工作6第二章 实物编程关键技术研究82-1 引言8 2-2 在线检测系统检测对象分类8 2-3 在线检测实物编程系统测量决策分析及方法实现9 2-3-1 检测中测量点的处理9 2-3-2 检测过程控制10第三章 实物编程系统检测宏程序库的建立、完善与扩展153-1 引言15 3-2 宏程序库的建立15 3-2-1 宏程序的编制方法研究15 3-2-2 宏程序库的建立16v河北工业大学硕士学位论文3-3 宏程序库的完善与扩展17 3-3-1 标定17 3-3-2 工件坐标系的确定19 3-3-3 工件典型几何元素测量宏程序的补充22 3-3-4 典型元素编程举例27第四章 基于实物的编程方法研究294-1 引言29 4-2 实物编程方法分析29 4-2-1 加工中心在线检测检测类型分类294-2-2 实物编程方法检测的实现30第五章 加工中心在线检测实物编程系统（）软件设计345-1 引言34 5-2 软件计划、需求及可行性分析34 5-3 系统软件设计与编码34 5-3-1 开发平台的选择345-3-2 系统总体设计355-3-3 系统详细设计36第六章 实例验证及实验466-1 实物编程系统运行实例验证46 6-2 实验49第七章 结论53参考文献54致谢57攻读学位期间所取得的相关科研成果58vi河北工业大学硕士学位论文第一章绪论1-1 引言通过为加工中心安装一触发式测头以及相应的检测控制软件系统，构成加工中心在线检测系统。目前，加工中心在线检测技术已经成为二十一世纪世界制造信息业的主流和关键技术之一。论文在此基础上，结合企业实际生产问题，提出并深入研究了基于工件实物进行加工中心在线自动编程的方法。该项技术在生产中的使用和普及将会大大降低废品率，提高生产效率，使得加工中心的作用得到更加充分的发挥，从而达到提高企业经济效益，推动企业快速发展的目的。1-2 数控技术的发展随着电子计算机技术的发展，机械加工自动化已由刚性自动化开始向柔性自动化方向发展，最典型的就是数控机床的出现。它是通过编制程序，用数字信息来自动控制机床的各个动作，进行自动切削或成形加工。它与“刚性自动化”机床所不同的根本点是具有广泛的适应性，也就是说对于各种不同零件的加工，只需对软件进行修改，不必变动机械结构等硬件，就能适应于自动加工各种不同形状、尺寸的零件。它是解决多品种、中小批量机械加工自动化的根本出路1。在新技术革命的冲击下，机械制造业产品结构发生着质的变化，机械加工向着高速度、高精度、高质量方向发展，世界市场急剧变化，已从“卖方市场”变为“买方市场”。传统的生产方式不能满足需要，必须寻求一种新的生产方式，以实现高效率、高质量、高柔性和低成本的生产。这样，自动化成为现代化的代名词，并且朝着“无人化”发展。机械制造业自动化经历着：计算机数控化（CNCComputer Numerical Control）柔性制造系统（FMSFlexible Manufacturing System）计算机集成制造系统（CIMSComputer Integrated Manufacturing System）“三部曲”。机械制造自动化不断趋向深化，向着设计、制造、管理全自动化的高层次方向发展。这三者各自具有不同的特点又相互紧密联系着。一、计算机数控化（CNC）即用计算机通过数字信息来自动控制机床 2。数控机床具有专用机床的高效率、精密机床的高精度、万能机床的高柔性，它能完成复杂零件的加工，适应产品品种的不断更新要求，降低了劳动强度，改善了生产条件。利用数控机床的通信接口，采用数字信息与标准代码输入，适宜于与计算机联网，实现计算机辅助设计、制造及管理一体化，即成为实现 CIMS 技术的基础。二、柔性制造系统（FMS）FMS 在硬件、软件方面都能多方面的适应不同的加工对象和工艺方法。它是一种由中央计算机集中- 1 -河北工业大学硕士学位论文管理、控制多台生产主机（由各类 CNC 机床和工业机器人组成）和各种物料存储运输系统组成的高效自动化系统。FMS 是一个柔性化、自动化程度更高的系统，成为无人化制造系统的主要组成部分3。三、计算机集成制造系统（CIMS）CIMS 是在信息技术、自动化技术、计算机技术及制造技术的基础上，通过计算机及其软件，将制造工厂生产、经营的全部活动（包括市场调研、生产决策、生产管理、产品开发、产品设计、加工制造、质量检验及销售营销等）与整个生产过程有关的物料流与信息流实现计算机系统化的管理，把各种分散的自动化系统（也称自动化孤岛，Islands of Automation 有机的集成起来，构成一个优化的完整生产系统，从而获得更高的整体效率，缩短产品开发制造周期，提高产品的质量，提高生产率，提高企业的应变能力，以赢得竞争45。目前，我国数控技术已有相当的发展，很多企业配有相当数量的数控机床，并且取得了可观的经济效益。但这些机床在使用上又普遍存在着利用率低，检测水平低下等问题，成为制约数控技术发展和应用的瓶颈。这样，数控机床在线检测技术越来越被提到人们的日程上来。1-3 加工中心在线检测技术综述数控机床作为高技术产物和 CIMS 的基础设备，应用范围越来越广。为充分发挥数控机床的作用，必须减少设备的停机时间，提高设备利用率。每当一批零件要加工时，需要大量的检测工作，包括加工前检测（找正、确定工件坐标系和获取工件基本几何特征信息等）、工序间检测（及时调整加工基准）和加工完后工件关键尺寸的检测等。传统的检测手段主要包括手工检测和离线检测，其检测效率低，检测精度差，耗时长，占用人员较多，不仅影响了加工效率及机床的自动化程度，还导致了设备利用率和产品加工质量降低，并且检测设备耗资太大，这就大大影响了数控机床强大功能的正常发挥。在线检测技术的发展为数控加工过程的质量检测提供了一套行之有效的方法67。在数控机床上安装触发式测头，这就在不改变数控设备原有软硬件系统的基础上，将工业三坐标测量机的主要功能移植到了数控加工设备上，实现了在线检测和反馈控制。采用在机测头除能提高检测工序的效率外，还能及高检测的客观性，避免主观误差。同时，检测工具的功能也发生了变化，因为在很多场合下它摒弃了其仅作为一种废品过滤器的功能，而转变为一种控制加工精度、防止废品产生及提高机加工自动化程度的手段8。数控机床目前广泛应用的是触发式测头，具有价格相对较低可靠性强自身精度高等特点。加工与检测在同一台设备上完成，避免了多次装夹重复定位精度差及辅助时间长等问题。更为重要的是，其检测过程由数控程序来控制，实现了检测的自动化，是一种基于计算机自动控制的在线检测技术。随着加工中心在生产中的广泛应用，在线检测技术将会成为一项很有发展前景的技术。本课题主要以加工中心为机体深入研究在线检测技术，力图填补目前数控制造单元零件加工的在线检测和反馈控制这一空白，推动数控技术跨越式发展。1-3-1 加工中心在线检测系统组成加工中心在线检测的基本工作原理相当于一个重复精度很高的触点开关，描述如下：接触式测头像- 2 -河北工业大学硕士学位论文普通刀具一样安装在加工中心刀库中，可由程序控制实现自动调出并安装在主轴上。在测量软件的控制下，利用加工中心系统本身的传动机构，控制测头向测量点运动，当测球以一定的速度接触工件时，测头被触发，测头内部触点脱开，触发信号传到转换器，转换器发出一个短暂的蜂鸣声，并将触发信号转换后传给加工中心的控制系统，该点瞬时的机床坐标由运行的程序读出并记入相应的变量中。信号接受后，加工中心停止运动。测头允许一定的超程，但测头的运动速度不能过高，以免损坏。当测头离开工件时，发出第二次蜂鸣声，测杆复位。跳跃指令为 G31。系统由软件及硬件两部分构成。其中，硬件组成主要包括三部分：加工中心、测头及 PC 机，如图 1-1。1 加工中心本课题结合一汽的实际项目研发，采用的数控设备是 MCV-1020D 型加工中心，其由台湾大力公司制造，该加工中心采用英国 CT 公司的 FANUC OMC 数控系统。其中，实验（包括系统调试）设备还有我校的 ARROW500 型加工中心，其为辛辛那提米拉克龙公司制造，采用的也是 FANUC 数控系统。2 测头针对加工中心及其数控系统的配置情况，为之选配的是英国 Renishaw 公司生产的 MP12 触发式测头9，其外形图如图 1-1 所示。MP12 测头是一种用于小型立式加工中心的单向红外传输型工件安装、检测用测头。它可感测X，Y，+Z 五个方向。在测杆长度为 50mm，测杆速度为 480mm/min 的条件下，测试出在测杆端部（即测球）的单向重复精度最大值 2 =1 m。MP12 测头的触发力是不可调的，在 XY 平面内所需的最低触发力为 65g，最高为 160g；+Z 向的触发力为 1200g。在 XY 平面内，允许测杆有15的超程量，在 Z 向允许有 11mm 的超程量。在测头与机床 CNC 之间通过 OMM+MI12 来进行信号的传输。系统首先通过 OMP 窗口将测头触发时产生的触发信号发送给接收器 OMM，再由 MI12 接口单元将来自测头的信号转化成机床数控系统可识别的一种形式。如果测头的工作顺序是基于一个单接触测量，那么在一个测量动作完成之后，测头返回至其起始点。一般来讲，为了提高精度，一些类型的控制器中（包括本1515 5课题所用的数控系统）往往使用双接触的测量方法，即通过高11速和低速两次碰触工件来较高精度纪录该被测量点的位置坐图 1.1 MP12 测头外形简图标。Fig. 1.1 Shape of the probe3 计算机利用计算机可以通过其友好的人机界面自动生成主程序，并可进行复杂的误差补偿。同时，计算机还可以对我们现成的宏程序库进行综合处理和调用。- 3 -河北工业大学硕士学位论文目前的计算机按 CPU 不同，其档次可分为 386，486，Penitum ,Pentium II,Pentium III，PentiumIV等。在线检测系统对计算机并无特殊要求，只要计算机有能力完成在线检测系统所需要进行的测量结果和补偿即可。但考虑到为了运行目前流行的 WINDOWS 和 CAD/CAM/CAPP/CAM 以及 VC+等软件，以及减少测量结果的分析和计算时间，最好采用 Pentium 级别以上的微机。其中，硬件系统三者之间的关系框图如图 1-2 所示。图 1-2 加工中心在线检测系统Fig 1.2 The online inspecting system of machine center1-3-2 加工中心在线检测技术目前的发展现状及发展趋势加工中心在线检测系统是集数控系统、测头系统、计算机系统及数据处理系统等为一体的高度机电一体化数字化信息控制系统，系统通过在加工中心上安装在机测头，完成包括序前基准位置测量、半成品尺寸监测以及序后检测等多种自动检测功能，并可实现加工中心工件坐标系自动调整、在线质量监控和误差补偿。加工中心在线检测系统不但可取代许多传统上由操作工人手工完成的工作，而且还可以做许多操作者不能胜任的工作，是实现柔性制造系统连续可靠工作的重要手段之一，是提高数控机床加工精度和效率的重要措施，甚至成为衡量数控机床水平的一个重要指标。因此，近年来相关技术的研究和系统开发倍受关注。1977 年，在汉诺威欧洲机床展览会上，展出了由英国 Renishaw 公司研制的世界上第一套“循环中测量系统”Renishaw 系统。此后，这项技术得到了迅速推广。到 1983 年巴黎机床展览会上则达到了 65 种10。因此，在评论 80 年代数控技术的特征时，一般都认为触发式测头测量系统是与数控系统取代穿孔纸带、采用先进数控技术来发展柔性制造系统和应用工业机器人等成就一样，起着促进数控技术发展的重要作用。 如今，加工中心检测技术已取得了一些成果。国外以英国 Renishaw 公司为代表，开发了多种类型的测头，并已在许多数控机床上应用；国内北京机床研究所、航天部 303 所等单位也相继研制出机床在机测头，其测量控制和数据处理都在数控宏程序中完成，已可以实现简单的点、线、面等基本形体几何参数的测量。随着人们对该项技术的深入研究及相关领域技术的进一步发展，加工中心在线检测技术逐步向着规范化、集成化、人性化、系统化、自动化方向发展11，其关键在于各种信息源的检测软件的编程和控制技术1213。以在线检测技术为依托，我们可在如下几个方面开展工作，以进一步深化、完善该项技术，拓展其适用范围。- 4 -河北工业大学硕士学位论文1 基于 CAD/CAM 的加工中心在线检测技术研究及系统开发142 基于工件实体的加工中心在线检测技术研究及系统开发3 基于人工示教的加工中心在线检测技术研究及系统开发4 加工中心在线检测误差补偿技术研究及系统开发15165 在线检测仿真技术研究及系统开发176 基于网络的智能化信息交换及处理技术研究及其系统开发各个系统相互联系又有不同，运用现代化的高科技手段将其耦合最终形成完善的在线检测集成系统。本论文主要研究的方向为“基于工件实体的加工中心在线检测技术即实物编程技术研究及系统开发”，解决企业生产中面临的实际问题。1-4 实物编程技术的提出1-4-1 课题提出目前，国外加工中心已将测头系统作为基本配置。国内和我省的许多厂家(包括制造业、汽车业、模具业等等)已购买了配有测头系统的加工中心，或给已有加工中心配置了测头系统。但与 CMMS 相比，加工中心在线检测的精度、效率及可操作性均存在很大差距。并且，检测功能单一，检测过程普通化，对于实际生产中的一些特殊要求显得力不从心。因此，面向企业，开发一套针对性强，实用、方便的专用化检测系统势在必行。于是，实物编程技术被理所当然的提到日程上来18。本课题与长春第一汽车集团四环模具厂联合研发，立足于企业面临的实际生产问题开展工作，针对性强，专用化程度高，使数控机床在使用上提高了一个档次。长春一汽为我们创造了良好的实验条件，我们为一汽提供雄厚的技术支持，该项技术在一汽的正常运用将意味着我省乃至我国的数控水平上升到一个新的台阶。1-4-2 定义所谓实物编程技术即为一种基于工件实体的加工中心在线检测技术，并最终形成具有独立主权的商品化软件包。具体说就是通过对样件的基本几何特征进行分析和规划，编制检测程序，根据检测结果，确定工件坐标系，并自动形成加工程序。在加工过程中继续进行检测，及时调整加工基准，补偿由于加工误差而引起的偏差。这就是所谓的序前检测和序中检测。并对加工成品件进行测量，检测结果可用于工件合格性校验或工件信息的储备。通过本课题的开展，将会为产品设计人员在检测工艺制订方面提供一定的技术手段，提高产品的制造质量，提升企业的技术管理水平。该技术尤其在提高产品质量，简化编程难度，新产品开发，旧产品改型，样件仿制等方面具有极其重要的意义，应用前景非常广泛。1-4-3 系统设计应达到的要求结合长春一汽的实际检测需求，我们在研究其各项关键技术的基础上进行了实物编程软件系统的开发。该软件系统应满足以下要求：1 检测功能的进一步扩充- 5 -河北工业大学硕士学位论文目前在线检测系统昂贵的价格与单一的功能，使该技术在性能价格比上不占有绝对的优势，但英国的 Renishaw 公司在测头领域占有绝对的权威，因此，我们立足于现实，进一步从深度上和广度上对在机测头的检测功能进行再开发，达到“物有所值”，使加工中心在线检测实物编程这一服务于生产的技术能为更多的企业所接受。2 系统操作的人性化目前在线检测技术的使用基本上采用的都是人工调用宏指令的方式，这是最基础的使用方式，也最抽象，无形中加大了操作人员的工作强度。因此，我们采用人机交互的方式，通过一个友好的人机界面给参数赋值，由系统控制自动生成检测程序。检测程序的生成都与具体的工件模型相对应，而该模型又完整的包括了在线检测所必需的几何信息，这就更加形象直观，便于操作者掌握。3 检测过程的完整性作为生产制造流程中一个重要的环节，系统应该能完成从工件的定位到对关键部位的检测，到整个工件的连续测量等环节的整个检测过程，使其成为生产工艺的环节，以实现整个生产过程的连续性，并促进生产过程自动化水平的提高。4 系统的可扩展性和可维护性进行系统编程时，应特别注意系统的后期维护及检测功能的可扩展性，以便应对瞬息万变的市场变化及后期工作人员对系统的维护和修改。5 检测的通用性本系统结合几类一汽目前在生产的工件进行开发研制，对于一些常用的单件小批量的检测，企业不可能每次都对系统做重新的调整和修改。因此，系统应实现在一定范围内的通用性。1-5 本学位论文的主要工作1 论文的主要研究内容本文在对质量保证系统的关键技术加工中心在线检测技术分析研究的基础上，提出了一种基于工件实体进行编程的思想实物编程技术，并面向企业实际生产要求开发出一套简单实用、专用化程度高的软件系统，以实现加工中心高精度检测目的，提高数控设备利用率，解决企业实际问题。2 论文的总体结构针对课题的研究内容及实现功能，本论文对以下几部分内容进行分析研究，各部分内容简述如下：第一部分：阐述课题提出的理论与时代背景，发展概况，以及本课题的研究内容。第二部分：研究在线检测实物编程关键技术。第三部分：在实物编程方法基础技术研究的基础上，利用数控系统所提供的变量、赋值、数学计算、逻辑判断等功能进行二次开发，建立并完善在线检测实物编程系统测量宏程序库，以适应不同用户的不同需要。第四部分：结合生产中的实际需要，研究实物编程方法。第五部分：针对具体工件开发加工中心在线检测实物编程软件系统。- 6 -河北工业大学硕士学位论文第六部分：运用实例验证系统的可行性并进行实验。第七部分：结论。第二章 实物编程关键技术研究2-1 引言- 7 -河北工业大学硕士学位论文本章将对加工中心在线检测实物编程方法关键技术进行分析研究。所谓检测，即通过一定的检测手段来获得被测对象的特征量值。一般来说，检测应包括四个要素：检测对象、测量单位、测量方法和测量误差。那么，检测技术的基本任务是根据测量对象的特点和检测质量要求，拟定测量方法，选用测量工具，分析测量过程误差，给出具有一定测量精度的检测结果。另外，如何提高检测效率、降低检测成本、避免发生废品的问题也是检测工作的重要内容。2-2 在线检测系统检测对象分类加工中心在线检测系统的检测对象即为加工中心的加工零件。一个零件，无论它是简单还是复杂，加工工序多还是少，都可描述为一个或大或小的特征元素的集合。实物编程系统中检测对象分类树形图见图 2.1。零件的加工与其几何量的测量是密不可分相辅相成的，检测的结果可用于工件加工前的定位、加工后的校验等，也可作为整个系统反馈质量控制的重要信息，零件的加工误差以具体的数值形式反映为修正值，去进一步调整加工中心系统参数，实现该零件加工过程的闭环控制。在检测过程中，通过对零件几何要素的测量，可以计算出零件要素本身的参数（如圆孔的直径）及相对于工件坐标系或其它要素的相关参数（如圆心坐标、圆心距）。我们要实现加工过程的在线检测控制首先应保证这些基本要素参数的精确测量。各个几何量的测量子要素可参考表 2.1。表 2.1 测量子要素一览表Table 2.1 Child factor of inspection几何量点圆孔圆柱凹槽凸台单项平面测量要素坐标值圆心坐标圆心坐标中线坐标中线坐标平面位置孔半径圆柱半径槽宽台宽几何量拐角斜边圆弧椭圆孔高度其它测量要素顶点坐标端点坐标圆心坐标中心坐标高度孔间距角度斜度圆弧半径长轴孔边距短轴检测对象单一几过程复合几- 8 -何元素元素何元素基本几复杂几河北工业大学硕士学位论文2-3 在线检测实物编程系统测量决策分析及方法实现研究加工中心在线检测的方法，选择正确的参数，科学规划检测路径，才能高质量的完成检测任务。加工中心在线检测技术的实现包括三个要素环节。一是要满足用户的实际要求，二是高精度测量的实现，三是高效率测量的实现192021。根据用户的要求，本项目中检测的实现采用实物自动编程系统，以具体的工件实体为核心展开工作。一般来讲，测量动作可看作一个个定位动作和接触动作的组合，而每个测量动作的执行效率集合起来会对整个测量效率发生影响。下面我们就从测量点的拾取以及测量过程中路径的规划两方面进行研究。2-3-1 检测中测量点的处理几何要素是测量的基础，无论什么样的测量方式，都是为了被测要素表面形状信息数值化，即“采样”。因此，在机测头通过测量程序测到的只是一系列离散测量点的空间坐标值，而不是需要的尺寸、位置等结果。必须经过依据一定数学模型对这些离散坐标点集进行数据处理，提取出代表该要素的几何223特征量，才能得到所需的测量结果 。由解析几何知道，两点能定一条直线； 点可以定一个平面或圆； 4 点能定一个椭圆或球；5 点可以定一个圆柱；而 6 点可以定一个圆锥。因此，任何特征元素的特征信息都是通过测取实际被测要素上的一些点的坐标，并按一定的数学模型拟合计算出来的。在必要的时候- 9 -河北工业大学硕士学位论文应该多测一些点以避免来自各方面误差因素的干扰。经多次理论及实验验证，测量的精度主要受系统误差和过程误差2324两方面影响。前者通过测头的标定及测球轴向误差补偿来消除，具体方法在第三章中介绍，后者通过不同的测量方式来消除，一是粗精测b量，二是重复测量。1）测量的高速和低速两种接触方式为了达到保证精度又提高效率的目的，一般， 检测过程中每一个点的拾取都要经过四个步骤，即：粗测快退精测快退，每一点的具体测量过程如图 2.2 所示。不同的测量阶段，测头的移动速度不同。测头首先快速接近被测点，图 2.2 测量点的拾取并以粗测速度接触（测量的高速接触方式）工件后快速返回，行程为 b，然后，测头以精测速度第二次接触（测Fig 2.2 Pike up the point of inspecting量的低速接触方式）工件，在测头与工件相触碰的瞬间产生一触发信号，通过测头与主轴之间的感应线圈传给数控系统，测头运动中断，数控系统记下此瞬间值后，测头快速返回，测量结束。其中，b 一般取 57mm。各个行程中测量速度见表 2.2。测头的半径修正值沿测量方向修正测量值。表 2.2 测量速度Table 2.2 Speed of measurement移动类型移动速度（mm/min）F1500F500F502）重复测量在某些特殊情况下，测量动作需重复进行以达到要求的精度，例如，由于数控机床本身便是一个复杂而庞大的系统，其控制系统、伺服系统、检测系统、机床几何特性及外部环境都有可能发生变化，在没有一个完善的误差补偿系统情况下，若想达到高精度的要求只有通过反复碰触以消除其中各种可能的随机误差因素。2-3-2 检测过程控制1过程点、起测点、安全平面的设置对于工件特征元素的检测，我们只要取其表面上若干特殊点按照一定的原则规划检测路径，并对测量所获得的数据进行严格的计算处理，便可得到该检测对象最终的检测结果。设计测量路径主要遵循以下几个原则：首先是安全原则，即从本测点移到下一测点的途中，测头不与工件发生干涉；其二是路径短、速度快，即测头能以最短的时间到达下一测点；其三是走行路线自然25。因此，我们在设计检测- 10 -河北工业大学硕士学位论文走行路径时应注意设置过程点、起测点及安全起测平面，并保证其合理性。其示意图见图 2.3。RRZLHRYCCRRLCCOXR图 2.3 过程点、起测点、安全平面的设置Fig 2.3 Setup of points for avoiding obstacle, points for starting to inspect and safety在测量开始之前，应设定一个测头起测的安全平面 和每项测量元素的起测点 R，最初的时候测头就停留在 内等候命令。测量时，首先将测头自安全平面位置快速移动到起测点的位置并根据既定的测量路径进行检测，一项检测任务完成之后，测头重新回到安全平面上。其中，平面的选择应以高出工件整体最大高度尺寸 1020mm 为宜。起测点的选择一般为距离待测平面 515mm（对于孔、凹槽等元素，起测点应置于其几何形体内部）。测量时