專利名稱：一種復(fù)雜空間型面在機(jī)質(zhì)量檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種加工中心工件加工質(zhì)量檢測系統(tǒng)，尤其涉及一種運行在加工中心上，利 用高精度測頭，能自動檢測具有復(fù)雜空間型面工件質(zhì)量的在機(jī)檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在數(shù)控加工過程中，對工件進(jìn)行測量的傳統(tǒng)方法要使用各種常規(guī)量具(千分表、卡尺等) 或設(shè)備(三坐標(biāo)測量機(jī)等)。對于簡單的幾何量測量，操作者可以在數(shù)控機(jī)床上直接用量具測 量；對于工件的幾何特征或空間位置等比較復(fù)雜的測量問題，由于常規(guī)量具無法解決，操作 者必須將工件轉(zhuǎn)移到三坐標(biāo)測量機(jī)上進(jìn)行。三坐標(biāo)測量機(jī)作為一種精密的測量設(shè)備為使用者 提供了獨立的測量手段，使加工的產(chǎn)品質(zhì)量能夠達(dá)到最終的精度要求。但是，三坐標(biāo)測量機(jī) 需要由經(jīng)過專門訓(xùn)練的專業(yè)人員去完成測量過程并對測量結(jié)果進(jìn)行理解和判斷，檢測用軟件 的學(xué)習(xí)和應(yīng)用較困難，檢測設(shè)備和軟件非常昂貴。更重要的是利用這種方法只有當(dāng)零件加工 完畢后才可能發(fā)現(xiàn)零件存在的誤差，而這時則必須重新將零件搬回機(jī)床進(jìn)行返工或者將其報 廢。而且在進(jìn)行修改加工前，還必須重新裝夾定位工件。這個過程對任何零件來說都是費時 費力的，尤其是對大型、重型零件。此外，重新裝夾定位過程中如果存在任何偏差，特別是 無法避免的人為因素，都會在工件上產(chǎn)生一些新的誤差。這樣，不得不再次進(jìn)行產(chǎn)品的檢測 和再加工過程,。
因此，數(shù)控加工過程中使用的常規(guī)量具或三坐標(biāo)測量機(jī)等離線測量方法都存在著不可忽 視的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種復(fù)雜空間型面在機(jī)質(zhì)量檢測系統(tǒng)，本
系統(tǒng)將加工中心的數(shù)字控制功能和三坐標(biāo)測量裝置的質(zhì)量檢測功能結(jié)合在一起，使加工中心 具有復(fù)雜空間型面質(zhì)量檢測的功能，從而可以節(jié)省大量的時間和成本。 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種復(fù)雜空間型面在機(jī)質(zhì)量檢測系統(tǒng)，它包括
完成零件加工的配備有開放式數(shù)控系統(tǒng)的加工中心；
安裝在加工中心主軸上的接觸式三坐標(biāo)測頭，所述的測頭在加工中心的數(shù)控系統(tǒng)的控制 下，對已加工工件表面上與用戶計算機(jī)上的工件模型相對應(yīng)的測點進(jìn)行測量來獲取工件型面 上離散點幾何測量值并發(fā)出紅外觸發(fā)信號；
測量信號接收裝置，用于接收所述的測頭發(fā)出的紅外信號，進(jìn)行信號調(diào)理并將信號傳送
給所述的數(shù)控系統(tǒng)，所述的數(shù)控系統(tǒng)將測量值數(shù)據(jù)通過通信系統(tǒng)傳輸給用戶計算機(jī)；
裝有測量控制及誤差評定模塊的用戶計算機(jī)，用于通過通信系統(tǒng)與所述的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行 數(shù)據(jù)交換并通過所述的測量控制和誤差評定模塊依據(jù)測點的理想值與測量值進(jìn)行誤差評定并 給出評定結(jié)果。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，由于在配備有丌放式數(shù)控系統(tǒng)的加工中心上安裝了完成在機(jī) 質(zhì)量檢測功能的接觸式三坐標(biāo)測頭、測量信號接收裝置，結(jié)合運行有測量控制及誤差評定模 塊的用戶計算機(jī)及實現(xiàn)用戶計算機(jī)與開放式數(shù)控系統(tǒng)交互的通信系統(tǒng)，使得在工件加工過程 中不再需要將工件從機(jī)床搬到檢測設(shè)備上，加工過程中可以隨時檢査工件的質(zhì)量；同時可以 保證工件的加工精度，提高加工過程的生產(chǎn)效率，能以較低的時間成本盡可能及時地檢測出 現(xiàn)的誤差，并更快地修正。


圖1是復(fù)雜空間型面在機(jī)質(zhì)量檢測系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)原理圖； 圖2是測量控制及誤差評定模塊層次化結(jié)構(gòu)功能模型圖； 圖3是測量控制及誤差評定模塊的實現(xiàn)流程圖； 圖4是CAD模型輸入模塊實現(xiàn)流程圖5是測量路徑編程模塊實現(xiàn)流程圖6是虛擬在機(jī)檢測過程仿真模塊實現(xiàn)流程圖;
圖7是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸與接收模塊實現(xiàn)流程圖8是測量信息誤差分離模塊實現(xiàn)流程圖9是誤差值評定算法模塊實現(xiàn)流程圖IO是誤差值評定報告輸出模塊實現(xiàn)流程圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施作如下說明
在圖1中，接觸式三坐標(biāo)測頭通過標(biāo)準(zhǔn)的錐柄安裝在機(jī)床主軸上。二者的連接非常簡便， 但應(yīng)注意的是測頭與主軸軸線的對中性。測頭的主要功能是在工件表面進(jìn)行采點，當(dāng)測頭的 測端接觸到工件表面后發(fā)出觸發(fā)信號并傳送給信號接受裝置。信號接收裝置安裝在加工中心 的適當(dāng)位置，用于接收測頭發(fā)出的觸發(fā)信號，進(jìn)行必要的信號調(diào)理后將信號傳送給加工中心
的數(shù)控系統(tǒng)，所述的測頭為傳感器。由T測頭與信號接收裝置之間以紅外線方式進(jìn)行信號傳 輸，所以信號接收裝置安裝時需要考慮加工中心在工作過程中不要阻擋接觸式三坐標(biāo)測量測 頭和接收裝置之間的信號傳輸。信號接收裝置傳送給加工中心控制系統(tǒng)的僅僅是測頭接觸到 工件表面產(chǎn)生的觸發(fā)信號，數(shù)控系統(tǒng)接收到觸發(fā)信號后立即控制加工中心伺服系統(tǒng)停止運動 并將安裝在加工中心主軸處的測頭的測端當(dāng)前坐標(biāo)位置鎖存下來。加工中心的數(shù)控系統(tǒng)一方 面接收通過通信線路傳輸過來的需要測量的點的信息， 一方面將已經(jīng)測量完成的工件表面的 點的幾何信息傳送給用戶計算機(jī)。其中，所述的配備有開放式數(shù)控系統(tǒng)的加工中心完成零件 的加工功能并可以接受用戶對系統(tǒng)進(jìn)行重新定義和擴(kuò)展，使系統(tǒng)具有與外部通信的功能。
運行在用戶計算機(jī)上的測量控制及誤差評定模塊，集成應(yīng)用了 CAD/CAM工件數(shù)據(jù)讀取顯 示、測量信息誤差分離技術(shù)、測量路徑自動編程技術(shù)、誤差值精確評定理論和算法等技術(shù)還 可實現(xiàn)在機(jī)檢測全過程的三維動態(tài)仿真。用戶可以根據(jù)個人需求在工件表面上任意選取想要 測量的坐標(biāo)位置點，也可以利用軟件的功能在工件表面自動布點。
在圖2中，描述了所述的復(fù)雜空間型面在機(jī)質(zhì)量檢測系統(tǒng)中的測量控制及誤差評定模塊 的整體層次化結(jié)構(gòu)。此系統(tǒng)從整體上劃分為主控層、主功能構(gòu)件(模塊)層、子功能構(gòu)件(模塊) 層和數(shù)據(jù)層。主控層是在機(jī)檢測系統(tǒng)的最高層次，負(fù)責(zé)與數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)聯(lián)系與溝通，根據(jù) 檢測進(jìn)程，決定調(diào)用相應(yīng)的主功能構(gòu)件(模塊)，并負(fù)責(zé)主功能構(gòu)件(模塊)之間的數(shù)據(jù)傳遞； 主功能構(gòu)件(模塊)層包括CAD模型輸入、測量路徑編程、在機(jī)檢測過程仿真、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸 與接收、測量信息誤差分離、誤差值評定算法和評定報告輸出共七個主功能構(gòu)件(模塊)。主 功能構(gòu)件(模塊)根據(jù)當(dāng)甜處理的數(shù)據(jù)類型與指令標(biāo)志類型調(diào)用相應(yīng)的子功能構(gòu)件(模塊)，子 功能構(gòu)件(模塊)層中的構(gòu)件(模塊)是對上一層的功能細(xì)化分解并通過對數(shù)據(jù)層的訪問將處理 數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲或調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并將數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)接口將結(jié)果數(shù)據(jù)傳遞到上一層中。其 中，測量路徑編程模塊細(xì)分為固定檢測項目路徑模塊和用戶手動檢測點路徑模塊，分別根據(jù) 用戶選擇的工件卜.的固定檢測項目牛成檢測路徑和根據(jù)用戶選擇工件上需要檢測的坐標(biāo)點生 成的檢測路徑，然后將這兩個模塊生成的測量指令及相關(guān)數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)層的檢測路徑指令/ 數(shù)據(jù)庫；在機(jī)檢測過程仿真模塊包括建立機(jī)床、工件、夾具和測頭三維模型(需要調(diào)用數(shù)據(jù) 層中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)及機(jī)床、工件、夾具、測頭參數(shù))的虛擬在機(jī)檢測環(huán)境模塊、用于讀取 所述的檢測路徑指令/數(shù)據(jù)庫中的檢測代碼并對其校驗和編譯的在機(jī)檢測數(shù)控程序處理模塊 以及用于提取所述的編譯代碼得到機(jī)床運動信息文件并讀入測頭的模型數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測過程的 仿真檢査，然后輸出安全的在機(jī)檢測數(shù)控程序到指定文件(網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸模塊將其傳送給加 工中心)的虛擬在機(jī)檢測過程模塊；誤差評定算法模塊包括平面度、圓柱度和復(fù)雜曲面誤差 值等評定模塊分別實現(xiàn)對平面度、圓柱度和復(fù)雜曲面輪廓誤差等檢測數(shù)據(jù)的處理并給出評價 結(jié)果；測量信息誤差分離模塊分為加工機(jī)床誤差分離模塊和測頭誤差分離模塊，分別實現(xiàn)辨 識與補(bǔ)償測量坐標(biāo)數(shù)值中的機(jī)床系統(tǒng)誤差和辨識與補(bǔ)償測量坐標(biāo)數(shù)值中的測頭系統(tǒng)誤差；誤 差評定報告輸出模塊分為彩色點云圖形顯示和報告文檔輸出，用于評定結(jié)果的可視化輸出及 評定結(jié)果的規(guī)范化報告輸出。
數(shù)據(jù)層中存儲有固定檢測項目的檢測路徑宏程序代碼以及檢測過程中機(jī)床運動控制指令 參數(shù)、典型加工環(huán)境下加工中心動態(tài)運行數(shù)據(jù)、加工中心各部件的幾何參數(shù)和運動參數(shù)、不
同型號測頭檢測參數(shù)以及工件檢測項目的檢測數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)層通過不同數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)管理工 具為上一層提供相應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲和讀取服務(wù)。數(shù)據(jù)層包括檢測路徑數(shù)據(jù)及指令數(shù)據(jù)庫、 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)、機(jī)床/夾具/測頭數(shù)據(jù)庫、檢測/評定結(jié)果數(shù)據(jù)庫。其中檢測路徑指令/數(shù)據(jù)庫 用于管理與固定檢測項目路徑和用戶手動檢測點路徑有關(guān)的測量指令/數(shù)據(jù)表、型面測量指 令、測量數(shù)據(jù)等信息；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)庫用于存儲機(jī)床坐標(biāo)與顯示坐標(biāo)之間轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，包括工 件、夾具和選取坐標(biāo)點等數(shù)據(jù)；機(jī)床/夾具/測頭數(shù)據(jù)庫用于存儲夾具、機(jī)床、測頭參數(shù)數(shù)據(jù) 表；檢測/評價結(jié)果數(shù)據(jù)庫用于儲存測量數(shù)據(jù)、理想數(shù)據(jù)、誤差評定結(jié)果數(shù)據(jù)。
上述層次化功能模型的建立和應(yīng)用，可使在機(jī)檢測系統(tǒng)應(yīng)用功能構(gòu)件的研究開發(fā)具有良 好的可組合的、可外延的功能，包括工件檢測項目評定功能的擴(kuò)展、多種機(jī)床動態(tài)數(shù)據(jù)庫管 理工具的擴(kuò)展、多種檢測報告輸出格式功能擴(kuò)展等，從而形成界面友好、支持多種CAD/CAM 數(shù)據(jù)格式(IGES、 STL等標(biāo)準(zhǔn)化格式)、支持多項目檢測(平面度、圓柱度和復(fù)雜曲面輪廓誤差 等項目的檢測)、支持多種類(文字、圖表、圖形等)檢測報告輸出的在機(jī)檢測系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)。 在圖3中測量控制及誤差評定模塊的整個工作流程是首先導(dǎo)入工件的IGES或STL文件， 將工件模型顯示在主界面窗口上。這由主功能構(gòu)件(模塊)層所述的CAD模型輸入模塊完成。 當(dāng)工件在加工中心粗加工完成后用戶就可以根據(jù)需要對工件進(jìn)行測量了，可以用鼠標(biāo)手動選 擇檢測點也可以選擇固定檢測項目(可以選擇多個檢測項目)進(jìn)行自動布點，并按照選取的 先后順序生成一個檢測項目序列。測量路徑編程模塊根據(jù)這個檢測項目序列自動生成測量路 徑數(shù)控程序，并將其通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸與接收模塊傳輸給加工中心控制系統(tǒng)。為了避免在測 量過程中產(chǎn)生干涉碰撞等事故，測量控制及誤差評定模塊中有一在機(jī)檢測過程仿真模塊。在 測量路徑數(shù)控程序傳輸給加工中心控制系統(tǒng)前，仿真模塊按照上述測量路徑在軟件環(huán)境中模 擬工件的檢測過程，若仿真過程中發(fā)生干涉或碰撞等危險，需要調(diào)整測量路徑，然后再重復(fù) 上述歩驟進(jìn)行仿真，直到不發(fā)生干涉或碰撞為止。仿真通過后即可將測量路徑傳送給加工中 心。加工中心從刀庫中選擇放置好的測頭并將其安裝到加工中心主軸刀柄上，按照傳遞過來 的數(shù)控程序，依次測量各個坐標(biāo)點。測量完成后網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送與接收模塊接收測量點坐標(biāo)信 息并將其保存在用戶計算機(jī)指定文件中。測量控制及誤差評定模塊的誤差分離模塊對傳送過
來的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分離，分離完成后對照測量點的理想數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差評定。評定結(jié)果可 以文字或者按照彩色點云的形式輸出給用戶最終檢測報告。
在圖4中CAD模型導(dǎo)入模塊用于導(dǎo)入零件的理想數(shù)據(jù)并將其在主界面窗口中重繪，以便 用后續(xù)過程中用戶選擇要測量的項目及誤差評定結(jié)果以彩色點云形式輸出。可以導(dǎo)入IGES和 STL等格式的數(shù)據(jù)文件。對于IGES格式文件，由于此格式文件中圖形以實體的形式存儲，數(shù) 據(jù)參數(shù)段存儲實體的主要信息。因此程序中針對每類圖形實體都設(shè)計了各自的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，即 不同的實體對應(yīng)不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體，并以結(jié)構(gòu)體為節(jié)點，形成一個List鏈表結(jié)構(gòu)。
其具體歩驟是
1) 在讀取IGES格式文件時，首先定位到文件的數(shù)據(jù)參數(shù)段P，將不同實體的參數(shù)讀入到 相應(yīng)結(jié)構(gòu)體中，并將其存儲到以此實體的結(jié)構(gòu)體為節(jié)點的鏈表中。
2) 然后，將IGES文件中的數(shù)據(jù)按實體類型存儲到各自的鏈表中后，即開始用符合IGES 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的程序算法對其調(diào)用。根據(jù)IGES格式文件中實體的整體拓?fù)潢P(guān)系，修剪的參數(shù)曲面 實體處于最高層，對數(shù)據(jù)的調(diào)用應(yīng)以該實體類型鏈表的頭節(jié)點為起點進(jìn)行遍歷。該實體的參 數(shù)數(shù)據(jù)段中，索引值為1的參數(shù)描述的是要修剪的曲面實體指針，遍歷整個存儲曲面實體的 鏈表，搜索出與該指針值相對應(yīng)的曲面實體(曲面實體包含實體類型號為128的NURBS曲面 實體和實體類型號為120的旋轉(zhuǎn)面實體。從IGES中提取的NURBS曲面信息可以直接存儲到鏈 表中以備調(diào)用。120實體需經(jīng)過轉(zhuǎn)換為NURBS后保存到鏈表當(dāng)中)。調(diào)用OpenGL中的NURBS 繪圖函數(shù)進(jìn)行基本曲面的繪制。搜索到每一個(修剪的參數(shù)曲面實體)144實體都會對應(yīng)一 條對NURBS曲面進(jìn)行修剪的外邊界曲線以及一組(條)修剪內(nèi)邊界的曲線。其中修剪外邊界 的曲線實體由144實體的索引為4的參數(shù)確定。修剪內(nèi)邊界的曲線實體由144實體的索引為 5 4+N2的參數(shù)值確定。對每個144實體而言，必定有一條外邊界修剪曲線。而內(nèi)邊界修剪 曲線的數(shù)目有可能為零。
3) 最后，遍歷參數(shù)曲面實體上的曲線實體鏈表，分別搜索與修剪的參數(shù)曲面實體中所描 述的指向修剪外邊界的指針和N組修剪內(nèi)邊界的指針?biāo)鶎?yīng)的修剪曲線實體對繪制的基本曲 面進(jìn)行裁剪。這一步由OpenGL函數(shù)中的gluBeginTrim和gluEndTrim函數(shù)來完成。 至此一個修剪的參數(shù)曲面實體繪制完成。按照此過程重復(fù)上述步驟2)、 3)。遍歷完整個 修剪參數(shù)曲面實體鏈表后，零件的CAD模型繪制完成。
在圖5中測量路徑編程模塊包括固定檢測項目路徑模塊和用戶手動檢測點路徑模塊，分 別用于當(dāng)工件在加工中心加工完成以后根據(jù)用戶選擇的工件上的固定檢測項目生成檢測代碼 和根據(jù)用戶選擇工件上需要檢測的坐標(biāo)點生成檢測代碼。該模塊的流程是，首先判斷檢測項 目序列中是否存在未處理的檢測項目。
若是，則判斷序列中當(dāng)前檢測項目的類別
若是用戶手動檢測點項目，則首先提取用戶手動在工件模型表面(由CAD模型導(dǎo)入模塊 繪制)選取的檢測點的理想坐標(biāo)及其法向量；然后計算各個測點的坐標(biāo)及其法向避障點坐標(biāo) 以進(jìn)行測點分布；最后按照各個測點及其壁障點的順序生成檢測代碼。至此完成一個用戶手 動檢測點項目的測量路徑編程，將其存儲到檢測代碼路徑序列中。
.若是固定檢測項目，則首先提取用戶在工件模型表面選取的固定檢測項目名及其幾何參 數(shù)，然后根據(jù)項目名和幾何參數(shù)在檢測路徑指令數(shù)據(jù)庫中搜索是否存有己有的符合條件的檢 測項目的測量路徑代碼。若是，則直接將數(shù)據(jù)庫中的指令代碼輸出，存儲到檢測代碼路徑序 列中；若否，則根據(jù)項目名、幾何特征的位置、方向及測點分布規(guī)則計算各個測點的坐標(biāo)及 其法向上的避障點坐標(biāo)以完成測點的分布處理，然后利用檢測G代碼和運動G代碼按照各個 測點及其避障點的順序生成檢測代碼；最后將生成的檢測代碼存儲到檢測代碼序列中并按照 項目名及幾何參數(shù)將其保存到檢測路徑指令數(shù)據(jù)庫中，以備以后出現(xiàn)相同檢測項目時直接進(jìn) 行調(diào)用。至此完成一個固定檢測項目的測量路徑編程。
通過以上步驟，完成一個檢測項目的測量路徑編程。繼續(xù)判斷是否存在未處理的檢測項 目，若是則仍按上述歩驟進(jìn)行，將測量路徑代碼按照檢測項目序列中的順序?qū)z測代碼依次 存儲在檢測代碼序列中。
若否，對檢測代碼序列以時間最短為目的進(jìn)行優(yōu)化處理生成最終檢測代碼。
在圖6中的在機(jī)檢測過程仿真模塊，包括用于調(diào)用數(shù)據(jù)層中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)庫和機(jī)床/夾 具/測頭數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)參數(shù)建立各部件模型的在子功能模塊層的虛擬在機(jī)檢測環(huán)境模塊、用 于讀取所述的測量路徑編程模塊生成的檢測代碼并對其校驗和編譯的在機(jī)檢測數(shù)控程序處理 模塊以及用于提取所述的編譯代碼得到機(jī)床運動信息文件并讀入測頭的模型數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測過 程仿真檢查，然后輸出確認(rèn)安全的在機(jī)檢測數(shù)控程序到指定文件的虛擬在機(jī)檢測過程模塊； 仿真功能模塊的流程是首先讀取繪制機(jī)床、夾具、測頭及毛坯三維模型的相關(guān)數(shù)據(jù)， 建立機(jī)床、工件、夾具和測頭的三維模型；然后讀入測量路徑編程模塊生成的測量路徑數(shù)控 程序(最終檢測代碼)，進(jìn)行數(shù)控代碼的校驗。這主要是為了檢查數(shù)控程序中的一些基本錯誤 (格式，語法和詞法等錯誤)。此處判斷在機(jī)檢測數(shù)控程序校驗是否通過若否，則修改數(shù)控 程序繼續(xù)進(jìn)行在機(jī)檢測數(shù)控程序校驗直至校驗通過；若.足，則進(jìn)行在機(jī)檢測數(shù)控程序編譯。 此模塊是一個基于規(guī)則的分析轉(zhuǎn)換程序，主要是從在機(jī)檢測數(shù)控程序中提取控制機(jī)床運動部 件運動的有關(guān)命令，計算出機(jī)床坐標(biāo)系的位移量。在機(jī)檢測數(shù)控程序編譯完成后即進(jìn)入到虛 擬在機(jī)檢測過程，根據(jù)編譯過的代碼生成機(jī)床運動信息文件并讀入測頭的模型數(shù)據(jù)來驅(qū)動虛 擬在機(jī)檢測環(huán)境中模型，進(jìn)行檢測過程仿真及干涉碰撞檢查。此處判斷是否通過碰撞檢查， 若否，則修改數(shù)控程序重復(fù)上述過程；若是則得到確認(rèn)安全的在機(jī)檢測數(shù)控程序。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù) 輸入輸出模塊將其傳送給加工中心，以進(jìn)行測量。
如圖7所示網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送與接收模塊用將所述的確認(rèn)安全的在機(jī)檢測數(shù)控程序傳輸給所 述的數(shù)控系統(tǒng)，然后接收所述的數(shù)控系統(tǒng)送回的測點數(shù)據(jù)，并將其保存在用戶計算機(jī)指定的 文件中；
該模塊的工作流程是，在將仿真模塊生成的測量路徑文件傳送給加工中心前，首先選擇 文件的傳送方式，若是串口方式則進(jìn)行串口的初始化設(shè)置(包括串口號、波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、 停止位位數(shù)及校驗位等)，若是網(wǎng)口方式則進(jìn)行網(wǎng)口的初始化設(shè)置；完成初始化后在指定目錄 中選擇要發(fā)送的測量路徑文件；發(fā)送選定文件；等待加工中心按照測量路徑依次測量所有測 點直到加丄中心給出測量完成信號；網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送與接收模塊接收加工中心控制系統(tǒng)送回的 測量完的數(shù)據(jù)并將其保存到指定的文件中。至此通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送與接收模塊完成一個測量 控制及誤差評定模塊與加工中心的數(shù)據(jù)傳送與接收過程。.
如圖8所示誤差分離模塊包括在子功能模塊層的加工機(jī)床誤差分離模塊和測頭誤差分離
模塊，分別讀取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸模塊傳送回的測點數(shù)據(jù)，并直接調(diào)用或通過插值法計算出測量 點的誤差補(bǔ)償參數(shù)值，然后進(jìn)行機(jī)床系統(tǒng)和測頭系統(tǒng)的誤差補(bǔ)償，最后將誤差分離后的測量 數(shù)據(jù)保存到指定文件；
該模塊的工作流程是，判斷加工中心測量完成后得到的一系列測量點中是否存在未進(jìn)行 誤差分離的測量點。
若是，則首先判斷夾具/機(jī)床/測頭數(shù)據(jù)庫中是否存在與此測量點相對應(yīng)的誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù) 點，若有則直接從數(shù)據(jù)庫中取出相應(yīng)點的誤差參數(shù)值直接補(bǔ)償機(jī)床系統(tǒng)誤差和測頭系統(tǒng)誤差 即可；若沒有則使用插值算法計算出與此測量點最為接近的一個數(shù)據(jù)點的誤差補(bǔ)償參數(shù)值， 然后進(jìn)行機(jī)床系統(tǒng)和測頭系統(tǒng)的誤差補(bǔ)償，并將其存儲到夾具/機(jī)床/測頭數(shù)據(jù)庫中以備以后 遇到同樣的測量點時直接進(jìn)行調(diào)用。至此完成一個測量的誤差分離，將誤差分離后的數(shù)據(jù)保 存(誤差評定模塊使用)。
再次進(jìn)行判斷是否存在未進(jìn)行誤差分離的數(shù)據(jù)點，若有則按照上述步驟進(jìn)行誤差分離， 并按照順序存儲誤差分離后的數(shù)據(jù)。若無，則整個誤差分離過程至此結(jié)束，接下來進(jìn)行誤差 評定。
如圖9所示，誤差評定模塊包括在子功能模塊層的多個測量值誤差評定模塊，分別讀取 所述的誤差分離后的測量數(shù)據(jù)和測量路徑編程模塊得到的理想數(shù)據(jù).然后通過誤差評定算法 進(jìn)行誤差評定.最后將測量數(shù)據(jù)、理想數(shù)據(jù)、誤差評定結(jié)果數(shù)據(jù)傳輸給在數(shù)據(jù)層的檢測/評價 結(jié)果數(shù)據(jù)庫；
該模塊的工作流程是，誤差評定模塊的開始處接收一個待評定的檢測項目序列(此序列 中有一個或多個待評定的檢測項目)。首先判斷整個待評定的檢測項目序列中的所有項目是否 都完成若否，判斷序列中當(dāng)前位置處未進(jìn)行誤差評定的檢測項目的類型(直線度、圓柱度 等)，然后根據(jù)當(dāng)前檢測項目的類型，獲取相應(yīng)的理想數(shù)據(jù)(從測量路徑編程模塊得到)和經(jīng) 過誤差分離后的測量數(shù)據(jù)(誤差分離過程由誤差分離模塊完成)；再根據(jù)檢測項目類型選擇相 應(yīng)的誤差評定算法進(jìn)行誤差評定； 一項誤差評定完成后將誤差評定結(jié)果保存在評定結(jié)果序列 中，至此一個誤差評定項目完成。再返回去再判斷是否還有未進(jìn)行評定的項目，若有仍按此 步驟進(jìn)行評定，并將結(jié)果順序地保存在誤差評定結(jié)果序列中。所有誤差評定項目都完成后， 則轉(zhuǎn)到誤差評定結(jié)果輸出模塊。
若是，則將誤差評定報告的結(jié)果進(jìn)行輸出；
如圖10所示的誤差評定結(jié)果輸出模塊用于讀取檢測/評價結(jié)果數(shù)據(jù)庫中的評定結(jié)果然后 將評定結(jié)果輸出給用戶。
該模塊的工作流程是，先判斷各種誤差評定結(jié)果數(shù)據(jù)中是否存在未輸出的評定結(jié)果。
若是，首先判斷評定結(jié)果的項目類型，然后用戶選擇評定報告輸出的方式，若以文檔的 方式輸出，則根據(jù)評定的類被選擇指定的格式先將評定結(jié)果輸出到一指定文件中；若以彩色 點云方式輸出，則先根據(jù)評定類別選擇指定的圖形然后根據(jù)評定結(jié)果選擇指定的顏色，最后 保存指定的圖像數(shù)據(jù)至一指定文件中。至此完成一個評定結(jié)果的處理。
繼續(xù)判斷是否存在未輸出的評定結(jié)果，若有仍按上述步驟處理。
若否，則按指定文件中的內(nèi)容輸出評定結(jié)果報告。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)雜空間型面在機(jī)質(zhì)量檢測系統(tǒng)，其特征在于它包括完成零件加工的配備有開放式數(shù)控系統(tǒng)的加工中心；安裝在加工中心主軸上的接觸式三坐標(biāo)測頭，所述的測頭在加工中心的數(shù)控系統(tǒng)的控制下，對已加工工件表面上與用戶計算機(jī)上的工件模型相對應(yīng)的測點進(jìn)行測量來獲取工件型面上離散點幾何測量值并發(fā)出紅外觸發(fā)信號；測量信號接收裝置，用于接收所述的測頭發(fā)出的紅外信號，進(jìn)行信號調(diào)理并將信號傳送給所述的數(shù)控系統(tǒng)，所述的數(shù)控系統(tǒng)將測量值數(shù)據(jù)通過通信系統(tǒng)傳輸給用戶計算機(jī)；裝有測量控制及誤差評定模塊的用戶計算機(jī)，用于通過通信系統(tǒng)與所述的數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換并通過所述的測量控制及誤差評定模塊依據(jù)測點的理想值與測量值進(jìn)行誤差評定并給出評定結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜空間型面在機(jī)質(zhì)量檢測系統(tǒng)，其特征在于所述的測量 控制及誤差評定模塊包括用于依次調(diào)用主功能模塊層中的各功能模塊的在機(jī)檢測系統(tǒng) 主控模塊，所述的主功能模塊層包括CAD模型輸入模塊，用于導(dǎo)入零件的理想數(shù)據(jù)并將其在主界面窗口中重繪，以便在 后續(xù)過程中用戶選擇要測量的項目；測量路徑編程模塊，包括在子功能模塊層的固定檢測項目路徑模塊和用戶手動檢測 點路徑模塊，分別用于當(dāng)工件在加工中心加工完成以后根據(jù)用戶選擇的工件上的固定檢 測項目生成檢測代碼或根據(jù)用戶選擇工件上需要檢測的坐標(biāo)點生成檢測代碼；在機(jī)檢測過程仿真模塊，包括用于調(diào)用數(shù)據(jù)層中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)庫和機(jī)床/夾具/測 頭數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)參數(shù)建立各部件模型的在子功能模塊層的虛擬在機(jī)檢測環(huán)境模塊、用 于讀取所述的測量路徑編程模塊生成的檢測代碼并對其校驗和編譯的在機(jī)檢測數(shù)控程 序處理模塊以及用于提取所述的編譯代碼得到機(jī)床運動信息文件并讀入測頭的模型數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測過程仿真檢查，然后輸出確認(rèn)安全的在機(jī)檢測數(shù)控程序到指定文件的虛擬在 機(jī)檢測過程模塊；網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸與接收模塊，用于將所述的確認(rèn)安全的在機(jī)檢測數(shù)控程序傳輸給所述 的數(shù)控系統(tǒng)，然后接收所述的數(shù)控系統(tǒng)送回的測點數(shù)據(jù)，并將其保存在用戶計算機(jī)指定的文件中；測量信息誤差分離模塊，包括在子功能模塊層的加工機(jī)床誤差分離模塊和測頭誤差 分離模塊，分別讀取網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸模塊傳送回的測點數(shù)據(jù)，并直接調(diào)用或通過插值法計 算出測量點的誤差補(bǔ)償參數(shù)值，然后進(jìn)行機(jī)床系統(tǒng)和測頭系統(tǒng)的誤差補(bǔ)償，最后將誤差 分離后的測量數(shù)據(jù)保存；誤差值評定算法模塊，包括在子功能模塊層的多個測量值誤差評定模塊，分別讀取 所述的誤差分離后的測量數(shù)據(jù)和測量路徑編程模塊得到的理想數(shù)據(jù)，然后通過誤差評定 算法進(jìn)行誤差評定，最后將測量數(shù)據(jù)、理想數(shù)據(jù)、誤差評定結(jié)果數(shù)據(jù)傳輸給在數(shù)據(jù)層的 檢測/評價結(jié)果數(shù)據(jù)庫；誤差值評定報告輸出模塊，用于讀取檢測/評價結(jié)果數(shù)據(jù)庫中的評定結(jié)果然后將評定 結(jié)果輸出給用戶。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種復(fù)雜空間型面在機(jī)質(zhì)量檢測系統(tǒng)，它包括完成零件加工的配備有開放式數(shù)控系統(tǒng)的加工中心；三坐標(biāo)測頭，測頭在數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)的控制下，用來獲取已加工工件型面上離散點幾何測量值并發(fā)出紅外觸發(fā)信號；測量信號接收裝置，用于接收測頭發(fā)出的紅外信號，并將信號傳送給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)將測量值信號通過通信系統(tǒng)傳輸給用戶計算機(jī)并且同時控制數(shù)控機(jī)床主軸停止運動；裝有測量控制和誤差評定模塊的用戶計算機(jī)，用于通過通信系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換并通過測量控制和誤差評定模塊依據(jù)測點的理想值與測量值進(jìn)行誤差評定并給出評定結(jié)果。采用本發(fā)明裝置加工過程中可以隨時檢查工件的質(zhì)量、保證了工件的加工精度，節(jié)約了時間。
文檔編號B23Q17/20GK101342664SQ20081005419
公開日2009年1月14日 申請日期2008年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月20日
發(fā)明者何改云, 健 劉, 劉清建, 鄭惠江 申請人:天津大學(xué)