宏程序在加工中心在線測量中的應用 - 加工中心
宏程序在加工中心在線測量中的應用 加工中心在線測量系統是構成精工機床質量保證體系的一個重要環節。目前可以利用在加工中心上直接配備觸發式測頭進行在線檢測，它將加工和檢測集成在一起，減少了測量時間，同時可實現部分三坐標測量機的測量功能。但是利用這種方法測量零件，其檢測程序的編制往往比較繁瑣、易錯、無通用性。將精工宏程序引入到在線檢測中，用戶可以自行開發出一些宏程序庫，并通過對宏程序賦值調用的方法，生成所需要的實際測量程序，控制加工中心自動完成測量任務。尤其對于復雜零件，可以極大地減少編程量，提高測量效率和準確性。１ 檢測對象 加工中心在線檢測系統的檢測對象為在加工中心上進行加工的零件。加工中心一般適宜加工比較復雜、工序多、要求高的零件。實際上這些復雜的零件大多是由幾種基本體組合而成的，也就是常說的組合體。我們可以將一個復雜零件按照不同特征分解為不同的基本體，分別對這些基本體進行測量，然后進行數據處理，獲得組合體的測量數據。例如在檢測兩孔中心距的過程中，可通過兩次調用測量圓孔的宏程序得出兩孔的中心坐標，再計算出兩圓孔中心距。 基本體的測量包括常見的點、線、面、圓孔、圓柱、圓錐，凸臺類、凹槽類、球、橢圓等等?？蓪@些基本體分別開發出相應的測量宏程序組成宏程序庫，對于使用較多的形體還可以隨時加入到庫中，不斷完善和豐富用戶宏程序庫。２ 檢測路徑的規劃 加工中心在線檢測系統是一種通過采樣來進行測量的系統，對于采到的點可以肯定地判斷是否在公差允許的范圍內，對于未采到的點卻不能。這樣一來，雖然采到的點全部在公差允許的范圍內，但據此并不能保證未采到的點也在公差范圍內。而且采樣點的數量及分布的不同往往會有不同的測量結果。通常情況下，采用增加測量點個數的方法來提高測量精度，但測量點數的增加會使測量效率大大降低。如何協調兩者的關系是在線檢測系統研究的主要內容。對測量點的選擇原則是：首先要滿足檢測精度的要求；其次要盡量提高測量效率。在生成檢測 路徑時，盡可能使測量路徑最短。例如圓孔的測量可采用４點測量方法，先沿ｙ向進行圓心找正，然后沿ｘ 向測量，再沿ｙ向測量。其測量路徑軌跡如圖１所示。 在進行在線檢測的路徑規劃時，首先要對零件所有特征的可測性進行檢查，然后按照可測性將零件的特征進行分組。對基準特征的檢測必須在以其為基準的其它特征檢測之前進行，因此零件初次裝夾之后，有關的基準特征應該是可測的。３宏程序庫的建立３．１ 引入宏程序的意義 在實際應用中，通常希望表示某一類零件的形狀和尺寸的程序指令是一個變量而不是一個確定值，針對這一類零件，可以通過賦值的方法獲得它的實際尺寸，我們把這類程序稱為宏程序體，簡稱宏程序。由此可以看出，精工語言的編制規則及指令形式雖與計算機語言不同，但使用方法是一致的。其中的宏程序就相當于計算機語言中的子程序，只有調用賦值時才能運行。因此在測量過程中可以利用宏程序的這一特點編制測量宏程序庫，通過調用賦值自動生成測量程序。圖２為宏程序的調用示意圖。 摘要： 分析了宏程序編制的基本原則，開發出了多種基本體和組合體的測量宏程序庫。通過對宏程序的調用賦值，可以自動完成各種復雜零件的測量任務，提高了測量效率。 兩圓孔中心距的測量主程序表 主程序 ％Ｏ７４０１； Ｇ５４Ｇ９０Ｇ００Ｘ０Ｙ０Ｚ０；Ｇ６５Ｐ７４００Ｂ５．Ｃ５００．Ｆ５０．Ｓ５．Ｔ２．Ａ５０．Ｄ７０．；＃１４＝＃１２０；＃１５＝＃１２１； Ｇ６５Ｐ７４００Ｂ５．Ｃ５００．Ｆ５０．Ｓ５．Ｔ２．Ａ１００．Ｄ４５．； ＃４＝ＳＱＲ（（＃１４－＃１２０）＊（＃１４－＃１２０）＋（＃１５－＃１２１）＊（＃１５－＃１２１））；ＰＯＰＥＮ；ＤＰＲＮＴ［Ａ＃４［３５］］；ＰＣＬＯＳ；Ｍ３０；％ 說明 程序開始標志 程序號 工件坐標系設定調用測量圓孔１的宏程序 取出圓孔中心坐標Ｘ值取出圓孔中心坐標Ｙ值調用測量圓孔２的宏程序 計算兩孔中心距打開通訊口輸出兩孔中心距值關閉通訊口程序結束程序結束標志３．２用戶宏程序基本檢測指令 Ｇ３１是在線檢測程序中最常用的基本檢測指令，它 是精工系統自定義的帶有續效性的跳步指令。指令工作原理是：當測頭碰觸工件表面時，接觸信號發生，控制系統接收此信號并同時將ｘ、ｙ、ｚ坐標值儲存起來并保持不變，僅當下一個跳越信號發出后才能改變，然后立即停止執行該程序段的剩余部分，轉向下一個程序段。Ｇ９２是工件坐標系設定指令，工件坐標系的原點就是程序的原點（或編程零點）。這是一個非運動指令，設定工件坐標系的原點。Ｍ０２為程序結束指令，它的功能是在完成程序段的所有指令后，使主軸進給等停止。外部輸出指令是加工中心在線測量系統與外部處理器進行通訊的重要指令，它包括開通指令ＰＯＰＥＮ；關閉指令ＰＣＬＯＳ；數據輸出指令ＢＰＲＮＴ和ＤＰＲＮＴ。３．３ 用戶宏程序中變量的種類 變量可分為局部變量、公用變量和系統變量三類，各類變量的用途和性質是不同的。局部變量＃１￣＃３３，它是在一個宏程序中局部使用的變量，用于自變量的轉換。公用變量＃１００￣＃１４９和＃５００￣＃５０９，它對于由主程序調用的各宏程序是公用的，斷電將清除＃１００￣＃１４９的公用變量，而＃５００￣＃５０９的公用變量卻不被清除，具有斷電保護功能。系統變量有明確的使用規定，用戶不能隨意使用。３．４ 用戶宏程序開發的原則 每個宏程序開發過程都不是孤立的。為了形成一個功能強大的檢測系統，宏程序的開發就必須遵循某些共同約定，以形成一套完整的宏程序功能體系。因此，針對完成某一種測量功能的宏程序的開發，編程者往往要考慮以下幾個問題： （１）由于精工系統不同，宏程序變量和精工指令也不盡相同。為了得到一個通用的宏程序體系，編程者要對各種系統進行廣泛的比較和分析。 （２）機床類型與測頭類型也會影響宏程序的編制。由于機床和測頭類型的不同組合可使不可測面與可測面相互轉化。比如：三軸立式加工中心上，若工件位置不動，單向測頭無法測垂直于Ｚ軸的孔，而對垂直分布式測頭來說則成為可能。 （３） 要明確測量對象屬序前測量還是屬序中或序后測量。序前測量時不知被測零件的位置坐標，需手動導引測頭進入測量區；而序中或序后測量由于有準確的位置坐標，可通過程序實現自動測量。 （４）根據不同的測量對象，選定與之相匹配的測量方法，規劃最優檢測路徑。 （５）所用公用變量是否與整個宏程序系統相統一。若＃５００～＃５０４用來保存特定信息或其它重要參數，就不能用它來保存坐標值。即對于一個完整的宏程序系統，其公用變量的使用尤其是保持型公用變量的使用都要遵循最初的設計和安排。做到這一點可保證子程序間無誤地傳遞數據。 （６）由于局部變量擔負著調用子程序時參數傳遞的 任務，因此對于局部變量的使用也要注意進行適當的規劃，保證所有參數含義的一致，例如宏程序都使用Ｃ傳遞接觸速度，Ｓ傳遞測球直徑等。３．５用戶宏程序開發舉例 下面以測量兩個圓孔中心距為例來說明宏程序在加工中心在線檢測系統中的應用，兩圓孔直徑分別為５０ｍｍ和１００ｍｍ。測量設備為ＦＡＮＵＣ６Ｍ精工系統、ＭＡＫＩＮＯ立式加工中心、ＲＥＮＩＳＨＡＷＭＰ３型測頭。在線檢測軟件界面如圖３所示。 在檢測之前先確定機床類型、測頭種類及精工系統類型，然后設定測量參數，像測球直徑、后退距離、測量重復次數等。調用測量圓孔的宏程序，根據第一個孔的測量參數進行賦值，生成第一個孔的測量程序，并在程序編輯區顯示出來，再次調用圓孔的測量宏程序，重復上一步驟，顯示出第二個孔的實際測量程序，然后再對檢測程序作進一步的編輯，最終生成兩孔中心距的檢測程序。經編輯后的測量兩孔中心距的測量主程序為下表所示。最后將生成的測量程序通過串行通訊接口傳輸給加工中心進行檢測。