精密數控產品質量的數字化檢測實驗教學創新平臺設計

王　勝，　巫少龍，　楊　帆,2

(1.衢州職業技術學院 機電工程學院，浙江 衢州 324000；2.浙江工業大學 機械工程學院，杭州 310000)

0　引　言

數字化測試原理是將精密數控加工過程中肉眼或普通的檢檢測儀器發現的磨損件，利用數字化采集及檢測方式進行測量。為了能夠更好地結合精密數控加工及教學實際，將數字化測試技術反饋于精密數控加工教學過程，使得教師在課程中對加工質量的優化更加直觀精準，達到意想不到的教學效果[1]。

陳研冰[2]研究了機械視覺技術在實踐生產中的作用，并應用于機器人中。趙俊紅等[3]建立了機器視覺與智能檢測創新試驗室，并將教學模式用于共享及開放。盧建霞等[4]針對機械工程測試技術課程及實驗教學環節存在的問題，開發了綜合測量及控制應用創新實驗平臺。上海理工大學、杭州電子科技大學、江蘇大學、重慶交通大學、天津工業大學、河南理工大學等知名高校學者均將機械視覺圖像處理等高新技術引進實驗室，并搭建了共享及教學平臺，但針對數控加工及教學過程的數字化檢測平臺研究較為單一[5-14]。本文提出的數字化測試實驗教學平臺建立在數控加工及教學基礎上進行融合，形成一種創新的實驗模式及平臺。

1　實驗平臺設計與實現

將檢測標準柔性化，通過布置數字檢測的試驗數據，結合試驗設計的正交工藝參數，進行比對評價處理。采用數字檢測軟件如(INCA3D、Formtrac等)對試驗工件進行濾波和平滑、數據檢測等，結合正交數據得到滿意的工藝參數及數據模型。建立產品加工工藝參數的實驗方法與驗證技術[15]。從產品加工后的表面質量、內部結構變化、加工精度角度出發，完善智能檢測方法與優化分析技術并智能分析出最佳的工藝參數及設計參數，實現數字化測試實驗教學創新平臺設計,見圖1。

圖1　創新平臺整體結構

1.1　不同切削參數下精密數控加工正交試驗工藝的構建

針對精密數控產品加工及檢測所需的環境要求，將室溫調節至(22±1)℃的工作環境,選擇相應的數控系統及數控機床，將分類分揀出不同切削參數、不同加工類型、不同材料的工件，分別裝夾到相應的精密數控加工機床的主軸夾具上。設置正交試驗表，進行正交切削試驗。將試驗加工成型的數控產品歸類編碼，按照檢測要求去污、去氧化、去毛刺等工藝處理，最后安排數字化測試實訓室內待檢處理,如圖2所示。

圖2平臺試驗工藝流程

1.2　精密數控加工軸類產品檢測與評價分析

數字化檢測實施前，從三維模型中識別、提取檢測特征。通過制定合理的檢驗工藝規程、選擇合理的測量設備，進行測點規劃與布局，對檢測路徑進行優化與仿真等，從而提升檢測效率與質量，也有助于實現檢驗規劃與三維檢測模型的融合。實現檢驗規劃與程序的快速生成。利用德國INCA3D軟件，結合高精密三坐標測量機進行標定打點試驗，綜合分析精密機床加工工藝參數對工件加工質量的影響。目前對大量點云數據多采用逆向建模原理進行處理，而未來的趨勢將采用多種測量設備共同構建測量場進行復雜產品檢測、并與三維數模進行對比分析，從而實現數據的快速處理與分析。同時將預處理分析的測量數據與產品輪廓模型進行關聯，實現測量數據與理論數據的快速比對與質量評價[16]，如圖3所示。

　(a)　　　　　　(b)(c)

圖3產品質量檢測與評價分析圖

1.3　精密數控加工平面類產品檢測評價分析

通過精密數控加工產品的數字化測試點云數據采集分析優化。利用數字測試軟件進行模擬比對分析，得出最佳的數字檢測方案和精密數控工藝參數。產品的檢測和評價方法建立在基于點云數據的檢測特征要素的基礎上，利用多基準綜合協調技術、專用測量數據處理與分析軟件系統、數字測試環境下產品測量數據、檢測結果、檢驗工藝規程、檢測報告與產品模型的關聯技術等。綜合開發數據處理與分析系統，檢測規范實現測量要素的自動抽取和分析，將檢測數據、檢測報告與形位公差進行關聯比較及評價，如圖4所示。

1.4　實驗教學創新平臺數據分析驗證路線

如圖5所示，對檢測數據及加工工藝參數的分析上，結合實際數控加工的過程進行優化，系統針對性的做出優化處理。精密數控加工驗證實際上研究的是模型可用性，使得數字檢測及反饋過程可見。數控加工過程的幾何仿真主要研究以可視化形式展示數控加工過程, 用以檢查數控加工代碼、刀具軌跡以及碰撞干涉等問題。通過觀察借助于經驗即可進行模型驗證,涉及的參數必須經過可視化技術處理以后, 才能被使用人員直觀理解。如切削變形區的熱量、穩態切削(系統無振動)條件下的切削力等。

1.5　實驗項目及技術路線

數字化測試實驗室秉持“項目引領、任務驅動”和“學生為主體”的觀念，以現有的數字化測試設備、教學平臺和專職的實驗指導教師為建設基礎，開展一些的數字檢測項目化教學，內容包括：工件形狀公差測試、輪廓度測試、形位公差測試、表面粗糙度測試、工藝參數的優化等實驗，與數控加工課程進行融合，實現實驗室的共享利用。實驗路線如圖6所示。

圖6數字化測試項目實驗流程

2　結　語

本文以精密數控加工質量的檢測為切入點，結合現代最為先進的質量檢測技術—數字化測試技術，在傳統的數控產品檢測教學的基礎上，建立了新型機械視覺檢測技術的分析評價方法，將精密數控加工過程中常見的軸類零件、平面類零件等，通過機械視覺設備：三坐標測量機、輪廓度儀、金屬鏡像表面測量儀等進行分析檢測及評價。 針對精密數控加工中常規的檢測項目：粗糙度、輪廓度、形狀形位公差等進行合理的檢測設計及驗證實驗。實踐表明該實驗教學平臺，能針對不同精密數控加工對象進行高精度的檢測及質量評價，使學生充分認識到數控加工的最終目的，鍛煉了學生對數控加工質量的檢測及優化能力，提高了學生對加工參數的創新思維及解決加工精度問題的能力，為培訓既有技能又有技術的綜合型人才奠定了基礎。

參考文獻(References)：

[1]張軍強,饒錫新.數字化測試技術在模具修復中的研究與應用[J].能源研究與管理,2011(1):55-56.

[2]陳研冰.機器視覺技術在實踐教學中的應用研究[J].中國電子教育,2014(4):40-44.

[3]趙俊紅, 康文雅. 機器視覺與智能檢測創新實踐教學模式的探索[J].實驗室研究與探索,2012,31(5):144-146.

[4]盧建霞,屠大維，趙其杰,等. 機械工程測試技術實驗教學創新平臺設計[J].實驗室研究與探索,2015,34(4):182-185.

[5]寧方寬，陳勁杰，周慶曙,等. 基于機器視覺的沖壓件上的銀點檢測系統研究[J].通信電源技術,2015,32(4):42-44.

[6]趙巨峰,高秀敏，崔光敏. 結合生產線的視覺檢測實驗系統設計[J].實驗室研究與探索,2016,35(4):59-62.

[7]石吉勇，鄒小波，趙杰文.農產品無損檢測技術課程教學探索[J].安徽農業科學,2014,42(25):8821-8822.

[8]蔣偉,楊庭庭，劉亞威,等. 數字圖像處理研究性實驗教學的改革與實踐[J].實驗技術與管理,2013,30(6):124-127.

[9]宋麗梅,董虓霄，張春波,等.一種新型機器視覺教學系統的應用[J].現代教育技術,2011,21(6):126-128.

[10]周岳斌，王中任，杜謹,等.機械工程測試技術課程教學中培養大學生的創新能力[J].科技創新導刊, 2015,35(10):154-155.

[11]李琳琳,任家富，吳建平,等.EDA新實驗模式的研究與設計[J].實驗室研究與探索,2014,33(12):176-177.

[12]凡時財,李星曄，鄒見效.虛擬儀器測試平臺的設計及教學應用[J].實驗科學與技術,2012,10(3):8-10.

[13]王欣威, 慕麗.基于CDIO的機械工程測試技術基礎課程創新實訓平臺設計與實現[J].裝備制造技術,2015(1):213-215.

[14]李瑜,崔志恒. 基于激光干涉儀的機床精度檢測及誤差補償創新實驗設計[J].實驗技術與管理,2012,29(3):49-51.

[15]王勝.特制高速鋼車刀成形塑料尼龍時工藝參數的優化[J].塑性工程學報,2016,23(2):162-165.