數(shù)控機(jī)床檢測(cè)功能的應(yīng)用研究

張東華

【摘 要】介紹了在數(shù)控機(jī)床上用尋邊器等裝置檢測(cè)形位公差及工件尺寸，同時(shí)快速設(shè)定工件零點(diǎn)的方法。它的成功應(yīng)用不僅為眾多的中小企業(yè)充分利用數(shù)控機(jī)床的先進(jìn)功能、節(jié)約購(gòu)置專用檢測(cè)設(shè)備的投入提供了經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)為一些特殊及相似零件的檢測(cè)及加工打開了思路。

【關(guān)鍵詞】形位公差 檢測(cè) 數(shù)控機(jī)床 尋邊器

【中圖分類號(hào)】TG547 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1672-5158（2013）03-0072-02

尋邊器在數(shù)控加工中，為了精確確定被加工工件的中心位置的一種檢測(cè)工具。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是測(cè)量和獲得尺寸數(shù)據(jù)的最有效的方法之一，因?yàn)樗梢源娑喾N表面測(cè)量工具及昂貴的組合量規(guī)，并把復(fù)雜的測(cè)量任務(wù)所需時(shí)間從小時(shí)減到分鐘，并快速準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)尺寸數(shù)據(jù)，為操作者提供關(guān)于生產(chǎn)過(guò)程狀況的有用信息。數(shù)控機(jī)床和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)均是機(jī)電一體化的自動(dòng)化機(jī)械，數(shù)控機(jī)床是將被加工對(duì)象進(jìn)行數(shù)字化處理，然后利用數(shù)字信息進(jìn)行控制，再加工出合格產(chǎn)品。而三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)則是在已加工好的產(chǎn)品上，利用測(cè)頭與工件型面接觸測(cè)得一系列點(diǎn)的坐標(biāo)值，進(jìn)而計(jì)算出尺寸、形位誤差值的測(cè)量設(shè)備，數(shù)控機(jī)床與三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)均是利用坐標(biāo)軸的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)自身功能。基于這一共同點(diǎn)，該方法在不改變數(shù)控機(jī)床CNC控制系統(tǒng)的條件下，通過(guò)在機(jī)床外附加控制盒等其它裝置組成測(cè)量系統(tǒng)，借由宏程序?qū)崿F(xiàn)在數(shù)控機(jī)床上測(cè)量工件尺寸及形位公差等多項(xiàng)功能。

1 測(cè)量系統(tǒng)的硬件部分

1.1 測(cè)頭

尋邊器上測(cè)頭的基本功能是觸發(fā)和瞄準(zhǔn)。測(cè)頭分為機(jī)械式、光電式、電氣式三種。測(cè)頭性能的好壞，決定著測(cè)量方式的難易、測(cè)量精度的高低。這次選用我國(guó)生產(chǎn)的應(yīng)用極為廣泛的硬線連接光電式測(cè)頭，屬于接觸式測(cè)頭，為通用型球頭測(cè)頭，球頭直徑為6mm，8mm，10mm，常用的是6mm。能測(cè)定高度、槽寬、孔徑和輪廓形狀等。

R1=R1+1

A2： R[R1]=$AA_IM[X]

R1=R1+1

M0

A3： R[R1]=$AA_IM[Y] R1=R1+1

A4： R[R1]=$AA_IM[Y]

R1=R1+1

A5：

R15=（R1+R2）/2 R16=（R3+R4）/2$P_UIFR[1，X，TR]=R15 將工件中心點(diǎn)坐標(biāo)輸入到機(jī)床內(nèi)指定的零點(diǎn)偏置區(qū)

$P_UIFR[1，Y，TR]=R16

R14=2*SQRT（POT（R1-R15）+POT（R3-R16））+6

R17=ABS（R2-R1）-6 R18=ABS（R4-R3）-6；

數(shù)值“6” 代表尋邊器上測(cè)頭的直徑。

3 數(shù)據(jù)處理的過(guò)程及理論依據(jù)

3.1.1該系統(tǒng)的工作原理是利用攝像頭捕捉數(shù)控機(jī)床屏幕上顯示有坐標(biāo)值的圖像畫面，再對(duì)捕捉到的圖像進(jìn)行處理，識(shí)別出坐標(biāo)數(shù)值，間接得到被測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)，并在此基礎(chǔ)上求得尺寸、形位誤差值，以完成數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)精密測(cè)量的功能。[ 2 ]

將攝像頭拍到的圖形文件轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的文本信息，需要通過(guò)字符識(shí)別技術(shù)完成。由于需識(shí)別的字符種類少，該檢測(cè)系統(tǒng)采用模板匹配法及特征提取法，借助高級(jí)編程實(shí)現(xiàn)。其中，特征提取即提取字符特征模式作為區(qū)分字符的特征量。具體方法是利用細(xì)化骨架的方法提取字符骨架，然后利用穿線法獲得單個(gè)字符的特征。系統(tǒng)開始檢測(cè)時(shí)，先學(xué)習(xí)機(jī)床屏幕上的顯示字體，建立標(biāo)準(zhǔn)模板；再將單獨(dú)的字符劃分成A ×B 個(gè)像素（ Pixels），并把字符的一些特征像素與標(biāo)準(zhǔn)模板做比較，如果兩者趨近程度達(dá)90%以上，就可認(rèn)為該標(biāo)準(zhǔn)模板上的字符為所需識(shí)別的字符，最后逐一將要識(shí)別的這些字符進(jìn)行判斷分類和確認(rèn)，即可得到識(shí)別結(jié)果。將其錄入計(jì)算機(jī)，待數(shù)據(jù)處理時(shí)取用。

3.1.2 假設(shè)坐標(biāo)軸上有兩點(diǎn)P1（ x1，y1 ） 、 P2（ x2，y2 ），線段P1P2中點(diǎn)的坐標(biāo)為P（ x，y）。根據(jù)兩點(diǎn)間的距離公式：

a （3）

設(shè)待測(cè)公差項(xiàng)目是孔軸線的直線度，公差為小于0.005mm。

先將孔沿軸向劃分為N 個(gè)截面（本例取N = 4），測(cè)得每一截面上孔內(nèi)表面上任意三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)（見表1），根據(jù)數(shù)學(xué)定理：不在同一條直線上的三點(diǎn)確定一個(gè)圓，可求得各截面圓對(duì)應(yīng)的孔中心坐標(biāo)，將此N 個(gè)孔中心的坐標(biāo)xi 、 yi 代入式公式（1），擬合最小二乘直線y = ax + b，再將各圓心點(diǎn)的坐標(biāo)代入公式（3），可求出各個(gè)孔的中心點(diǎn)到該直線的距離；誤差值為2dmax。

表1 孔內(nèi)4個(gè)截面上任意三點(diǎn)的坐標(biāo)值

第一點(diǎn)坐標(biāo) 第二點(diǎn)坐標(biāo) 第三點(diǎn)坐標(biāo)圖 3-2

4.

為了保證測(cè)量的綜合精度，用戶應(yīng)當(dāng)定期對(duì)測(cè)頭的精度指標(biāo)的自檢既可在專門的計(jì)量部門進(jìn)行，也可由操作者在機(jī)床上進(jìn)行。操作者在機(jī)床上檢查測(cè)頭復(fù)位精度的具體操作如下第一步，將測(cè)頭按裝在機(jī)床主軸上，在工作臺(tái)上固定一只塊規(guī)第二步，手動(dòng)控制機(jī)床主軸移動(dòng)，使測(cè)針上的測(cè)球與塊規(guī)量面實(shí)現(xiàn)精確接觸的坐標(biāo)；第三步，反復(fù)精確接觸幾次，比較同一點(diǎn)的坐標(biāo)值考值”。如果需要檢查測(cè)針在其它方向上的復(fù)位精度，只需將測(cè)頭旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度由于上述檢查的結(jié)果中包含了機(jī)床的重復(fù)定位誤差值。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，只要此參考值能夠滿足實(shí)際工作中的具體要求即可。

結(jié)束語(yǔ)

數(shù)控編程的關(guān)鍵是掌握機(jī)床各坐標(biāo)系和編程時(shí)所涉及到各個(gè)點(diǎn)的具體含意及相應(yīng)選擇，正確區(qū)分和掌握數(shù)控機(jī)床中“點(diǎn)”的概念和作用是正確、安全使用數(shù)控機(jī)床的前提，本文中對(duì)數(shù)控編程中的幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了詳盡的論述，弄清楚了它們的概念和彼此之間的聯(lián)系。只要我們善于分析比較，挖掘數(shù)控機(jī)床中各“點(diǎn)”的異同點(diǎn)，并在實(shí)踐中加以區(qū)分，總結(jié)積累優(yōu)化使用的經(jīng)驗(yàn)，那么一定會(huì)使數(shù)控機(jī)床的“點(diǎn)”在使用數(shù)控技術(shù)的提高中發(fā)揮巨大的作用。

參考文獻(xiàn)

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