CN108287522A - 一种基于多平台的自动化在机检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于多平台的自动化在机检测方法，包括以下步骤：遍历刀路轨迹线，获取检测点坐标；在工件模型视图中，过所述检测点做工件模型的切平面，获取所述切平面的法向量，将所述法向量投影于XYZ轴，得到法向量的投影向量；根据机床控制系统类型，生成与机床控制系统类型相对应的NC程序，上传所述检测点坐标和法向量的投影向量；机床控制系统根据NC程序调用机床内置宏程序，生成检测程序；根据所述检测程序执行检测并存储测量结果。本发明以CNC机床主轴为载体，采用接触式/非接触式测头进行测量，通过宏程序反馈测量结果至控制设备中，极大的提高了检测效率，节省大量时间，降低工件报废概率。
Description
技术领域
本发明涉及机械加工自动控制技术领域，具体涉及一种基于多平台的自动化在机检测方法。
背景技术
大型工件加工精度检测的常规流程，如图1所示，需要将工件从CNC机床上搬运至三坐标检测仪上，重新装夹，对齐坐标。测量完成后再重新搬运至CNC机床上，需要再次对齐坐标。期间耗费大量时间与人力进行搬运、重定位工作。检测的这段时间较难对CNC机床进行利用，导致CNC机床利用率不足。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种基于多平台的自动化在机检测方法，以CNC机床主轴为载体，采用接触式/非接触式测头进行测量，通过宏程序反馈测量结果至控制设备中，极大的提高了检测效率，节省大量时间，降低工件报废概率。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于多平台的自动化在机检测方法，包括以下步骤：
步骤1，遍历刀路轨迹线，获取检测点坐标；
步骤2，在工件模型视图中，过所述检测点做工件模型的切平面，获取所述切平面的法向量，将所述法向量投影于XYZ轴，得到法向量的投影向量；
步骤3，根据机床控制系统类型，生成与机床控制系统类型相对应的NC程序，上传所述检测点坐标和法向量的投影向量；机床控制系统根据NC程序调用机床内置宏程序，生成检测程序；
步骤4，根据所述检测程序执行检测并存储测量结果。
具体的，所述步骤1包括：
步骤101，遍历所有CAM编程后生成的刀路轨迹线；
步骤102，以正常情况刀路轨迹的最小平移距离，对刀路轨迹线进行等距离散得到特征点，若存在长度小于所述最小平移距离的刀路轨迹线，则取该线段中心作为特征点；
步骤103，将X-Y平面以工件的最大外形划分为N*N的网格，N值与工件尺寸及检测密度相关，将步骤102中得到的离散的特征点投影至X-Y平面上，若存在多个点在同一网格中，则保留最靠近网格中心的特征点，过滤其他特征点；
步骤104，判断剩余每个特征点位置测头与工件是否存在干涉，对剩余的特征点进行再次过滤，保留不存在干涉的特征点，即为检测点。
具体的，所述步骤3包括：
根据机床控制系统类型建立与机床控制系统类型相对应的NC程序，所述NC程序中包含特定格式的所述检测点坐标和法向量的投影向量；
利用NC程序的参数传递功能，将所述检测点坐标和法向量的投影向量以特定格式输出给所述机床控制系统；
所述机床控制系统根据所述NC程序，调用机床内置宏程序，生成与所述检测点对应的检测程序。
具体的，所述步骤4包括：
驱动执行机构的检测头碰触机床检测基准，修正机床主轴误差；
检测头从安全平面平移至检测点上方，检测头下探至检测点附近，执行测量动作；
检测头接触工件，机床伺服停止机床主轴动作，机床控制系统获取并存储检测头感应区感应检测头与工件的接触点坐标以及机床主轴当前位置坐标。
进一步，该方法在上述步骤的基础上，还包括：
步骤5，确定检测点测量信息在工件模型视图中的标注位置；
步骤6，通过机床控制系统的导出模块，将检测工件的视图导出为bmp格式位图文件，并在所述标注位置添加标注信息，生成检测报告。
具体的，所述步骤5，包括：
按照实际测得的检测点的X坐标值对检测点进行排序，将排序后的检测点对半划分为X-部分与X+部分；两边检测点数目最多相差一个，记数目最多的部分的检测点数目为M；
设定标注宽度为W，标注间的间隙为s，假设检测工件Y方向上尺寸为Ly，若Ly/(W+s)<M，则认为单张视图中无法排布所有标注信息，将新建视图进行标注。
具体的，所述步骤6包括：
计算检测工件最大外形尺寸；
通过机床控制系统的导出模块，将检测工件的视图导出为bmp格式位图文件；
识别背景区域，计算位图文件中检测工件轮廓；并对位图的像素坐标与实际坐标进行映射；
在步骤5确定的标注位置处创建标注信息，并更新位图，得到检测报告。
步骤6还包括通过系统平台的图形设备接口GDI对标注位置以及标注信息进行修改。
本发明的有益效果是：目前国内加工制造过程中，针对关键位置的尺寸、平面度、曲面只能等加工完成后，从设备上取出再搬运至三坐标测量仪上进行检测。存在重复拆卸、装夹、找正等工作。不但浪费时间，也会产生累计公差。
本发明通过在3D环境中直接完成检测程序的编写操作，生成加工代码的同时生成检测程序，并无缝衔接传递至数控机床中。加工完成后直接在数控设备上执行检测操作，并产生可视化的检测报告。用户可根据检测结果采用换刀、补割、返工等策略。极大的提高了检测效率，节省大量时间，降低工件报废概率。与同类产品相比，本发明的检测程序创建模块直接集成至编程软件中，无需手工导出至中性格式再做编程，免去了中间环节。由于采用自主研发测头与软件，在保证与国外同类品牌相同检测精度的情况下成本更低。
附图说明
图1为传统工件加工检测流程图；
图2为本发明实施例提供的一种基于多平台的自动化在机检测方法图；
图3为本发明实施例提供的获取检测点坐标的流程图；
图4为本发明工件测量流程图；
图5为本发明检测头与机床交互流程图。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图2-5所示，一种基于多平台的自动化在机检测方法，包括以下步骤：
步骤1，遍历刀路轨迹线，获取检测点坐标；
由于检测结果是对CNC加工后的工件进行检测，因此检测点应当在CNC刀路轨迹上。又因为传统检测模式是对模型的加工面进行采样检测，并非检测所有位置点。因此可以通过设置采样密度的方式，过滤掉部分较为接近的点。有些曲面由于深度原因，测头无法达到，因此需要进行过滤，避免撞刀。
具体的，所述步骤1包括：
步骤101，遍历所有CAM编程后生成的刀路轨迹线；
步骤102，以正常情况刀路轨迹的最小平移距离，对刀路轨迹线进行等距离散得到特征点，若存在长度小于所述最小平移距离的刀路轨迹线，则取该线段中心作为特征点；
步骤103，将X-Y平面以工件的最大外形划分为N*N的网格，N值与工件尺寸及检测密度相关，将步骤102中得到的离散的特征点投影至X-Y平面上，若存在多个点在同一网格中，则保留最靠近网格中心的特征点，过滤其他特征点；
步骤104，判断剩余每个特征点位置测头与工件是否存在干涉，对剩余的特征点进行再次过滤，保留不存在干涉的特征点，即为检测点。
步骤2，在工件模型视图中，过所述检测点做工件模型的切平面，获取所述切平面的法向量，将所述法向量投影于XYZ轴，得到法向量的投影向量；
任何加工实体都是由封闭曲面构成的，对于曲面上任意点(X,Y,Z)，过该点都存在一个平面与曲面相切，该点为切点。过该切点建立垂直于切面的单位向量：单位法向量，测量头取点的方向与法向量平行，方向相反。法向量投影于XYZ轴得到投影向量IJK，通过IJK的数值可以计算测头运动点方向。
除此之外，在测量的过程中，还包括非测量路径，每一个点都包括：探头安全平面快速接近、探头下移接近、测量、探头上移。操作软件需要根据检测程式创建模块主界面设置的参数计算出位移坐标并输出。
步骤3，根据机床控制系统类型，生成与机床控制系统类型相对应的NC程序，上传所述检测点坐标和法向量的投影向量；机床控制系统根据NC程序调用机床内置宏程序，生成检测程序；
具体的，所述步骤3包括：
根据机床控制系统类型建立与机床控制系统类型相对应的NC程序，所述NC程序中包含特定格式的所述检测点坐标和法向量的投影向量；
利用NC程序的参数传递功能，将所述检测点坐标和法向量的投影向量以特定格式输出给所述机床控制系统；
所述机床控制系统根据所述NC程序调用机床内置宏程序，生成与所述检测点对应的检测程序。
利用NC子程序的参数传递的功能，通过NC参数传递功能将数据传递给宏程序，将操作软件转化的数据，传递给机床内置的宏程序进行运算。
FANUC系统为例，指令G65为子程序调用指令，格式为：
G65Pn Aa Bb Cc…
其中n为四位整型数值，表示子程序号，abc…为浮点型数值
该指令会将数值abc…带入到子程序n中对应的宏变量里。
NC参数传递语句有固定的格式
如上述例子中，参数的传递有固定语句格式，检测程式创建模块将数值(X,Y,Z)和(I,J,K)，以规定的格式输出，例如：G65P0001 Xx Yy Zz Ii Jj Kk
假设在对某点进行测量处理得到以下数据
探头安全平面快速接近：坐标(1.，1.，50.)移动速度F3600.
探头下移接近：坐标(1.，1.，2.)F3600.
测量：坐标(1.，1.，0.)，法向(0.，0.，1.)测量速度F20.
探头上移：坐标(1.，1.，50.)F3600.
需要输出的数据
探头安全平面快速接近：1.1.50.3600.
探头下移接近：1.1.2.3600.
测量：1.1.0.0.0.1.20.
探头上移：1.1.50.3600.
如果按照FANUC系统的格式输出：
探头安全平面快速接近：G65P5100 X1.Y1.Z50.F3600.
探头下移接近：G65P5102 X1.Y1.Z2.F3600.
测量：G65P5100 X1.Y1.Z0.I0.J0.K1.F20.
探头上移：G65P5102 X1.Y1.Z50.F3600.
如果按照FAGOR系统输出
探头安全平面快速接近：(PCALL5100 P23＝1.P24＝1.P25＝50.P5＝3600.)
探头下移接近：(PCALL5102 P23＝1.P24＝1.P25＝2.P5＝3600.)
测量：(PCALL5100 P23＝1.P24＝1.P25＝0.P8＝0.P9＝0.P10＝1.P5＝20.)
探头上移：(PCALL5102 P23＝1.P24＝1.P25＝50.P5＝3600.)
如果按照SIMENS系统输出
探头安全平面快速接近：ANCHORPOINT(1.1.50.3600.)
探头下移接近：ANCHORPOINT(1.1.2.3600.)
测量：ANCHORPOINT(1.1.0.0.0.1.20.)
探头上移：ANCHORPOINT(1.1.50.3600.)
绝大多数数控机床都支持FTP传输，通过FTP将检测程式上传至机床。部分数控系统存在API接口，设置好服务的端口后能够调用API直接传输文件与数据。
步骤4，根据所述检测程序执行检测并存储测量结果。
具体的，所述步骤4包括：
S401，驱动执行机构的检测头碰触机床检测基准，修正机床主轴误差；由于机床在反复加工过程中，主轴带动刀具不断进行激烈地切削运动，导致机床主轴会产生少量位移。同时，测头在检测过程中可能会有少量偏移。若不对此类偏移进行补偿，检测结果与实际结果将会产生较大误差。
本发明所采用的方法是在机床上指定位置固定一小块方块，每次进行检测时，测头都先与方块的侧面以及顶面进行接触。根据方块检测点的理论位置与机床主轴的实际位置判定其误差量，设置补偿参数。检测完成后使用检测值加补偿参数即得到实际测量结果。
S402，检测头从安全平面平移至检测点上方，检测头下探至检测点附件，执行测量动作；
S403，检测头接触工件，机床伺服停止机床主轴动作，机床控制系统获取并存储检测头感应区感应检测头与工件的接触点坐标以及机床主轴当前位置坐标。
检测头采用红宝石球测头，测量设备测量时，红色的宝石球会物理接触工件，由于宝石球精度极高，可以通过宝石球的坐标位置，换算出接触点的坐标。
当宝石球物理接触工件之后，测头感应区机械部分产生形变，机床伺停止主轴的运动，并自动记录主轴当前坐标位置。
机床获得测量坐标之后，通过编写好的宏程序将坐标数据进行储存。
进一步，该方法在上述步骤的基础上，还包括：
步骤5，确定检测点测量信息在工件模型视图中的标注位置；
按照实际测得的检测点的X坐标值对检测点进行排序，将排序后的检测点对半划分为X-部分与X+部分；两边检测点数目最多相差一个，记数目最多的部分的检测点数目为M；
设定标注宽度为W，标注间的间隙为s，假设检测工件Y方向上尺寸为Ly，若Ly/(W+s)<M，则认为单张视图中无法排布所有标注信息，将新建视图进行标注。
步骤6，通过机床控制系统的导出模块，将检测工件的视图导出为bmp格式位图文件，并在所述标注位置添加标注信息，生成检测报告。
计算检测工件最大外形尺寸；
通过机床控制系统的导出模块，将检测工件的视图导出为bmp格式位图文件；
识别背景区域，计算位图文件中检测工件轮廓；并对位图的像素坐标与实际坐标进行映射；
在步骤5确定的标注位置处创建标注信息，并更新位图，得到检测报告；
通过机床控制系统的图形设备接口GDI对标注位置以及标注信息进行修改。
本发明的有益效果是：目前国内加工制造过程中，针对关键位置的尺寸、平面度、曲面只能等加工完成后，从设备上取出再搬运至三坐标测量仪上进行检测。存在重复拆卸、装夹、找正等工作。不但浪费时间，也会产生累计公差。
本发明通过在3D环境中直接完成检测程序的编写操作，生成加工代码的同时生成检测程序，并无缝衔接传递至数控机床中。加工完成后直接在数控设备上执行检测操作，并产生可视化的检测报告。用户可根据检测结果采用换刀、补割、返工等策略。极大的提高了检测效率，节省大量时间，降低工件报废概率。与同类产品相比，本发明的检测程序创建模块直接集成至编程软件中，无需手工导出至中性格式再做编程，免去了中间环节。由于采用自主研发测头与软件，在保证与国外同类品牌相同检测精度的情况下成本更低。
以汽车模具为例，传统模式搬运+定位+检测总计耗时8小时，在机检测只需要2小时，并且无需购置大型三坐标检测设备。
以年产300套模具计算，平均每套模具能够节省15小时检测时间，节省4,500小时。折合人力成本约:13.5万，数控设备闲置成本:18万，总计节省成本31.5万。
若以小型模具厂年产100套模具计算，也能节省成本10万左右。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于多平台的自动化在机检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，遍历刀路轨迹线，获取检测点坐标；
步骤2，在工件模型视图中，过所述检测点做工件模型的切平面，获取所述切平面的法向量，将所述法向量投影于XYZ轴，得到法向量的投影向量；
步骤3，根据机床控制系统类型，生成与机床控制系统类型相对应的NC程序，上传所述检测点坐标和法向量的投影向量；机床控制系统根据NC程序调用机床内置宏程序，生成检测程序；
步骤4，根据所述检测程序执行检测并存储测量结果。
2.根据权利要求1所述一种基于多平台的自动化在机检测方法，其特征在于，步骤1包括：
步骤101，遍历所有CAM编程后生成的刀路轨迹线；
步骤102，以正常情况刀路轨迹的最小平移距离，对刀路轨迹线进行等距离散得到特征点，若存在长度小于所述最小平移距离的刀路轨迹线，则取该线段中心作为特征点；
步骤103，将X-Y平面以工件的最大外形划分为N*N的网格，N值与工件尺寸及检测密度相关，将步骤102中得到的离散的特征点投影至X-Y平面上，若存在多个点在同一网格中，则保留最靠近网格中心的特征点，过滤其他特征点；
步骤104，判断剩余每个特征点位置测头与工件是否存在干涉，对剩余的特征点进行再次过滤，保留不存在干涉的特征点，即为检测点。
3.根据权利要求1所述一种基于多平台的自动化在机检测方法，其特征在于，步骤3包括：
根据机床控制系统类型建立与机床控制系统类型相对应的NC程序，所述NC程序中包含特定格式的所述检测点坐标和法向量的投影向量；
利用NC程序的参数传递功能，将所述检测点坐标和法向量的投影向量以特定格式输出给所述机床控制系统；
所述机床控制系统根据所述NC程序，调用机床内置宏程序，生成与所述检测点对应的检测程序。
4.根据权利要求1所述一种基于多平台的自动化在机检测方法，其特征在于，步骤4包括：
驱动执行机构的检测头碰触机床检测基准，修正机床主轴误差；
检测头从安全平面平移至检测点上方，检测头下探至检测点附件，执行测量动作；
检测头接触工件，机床伺服停止机床主轴动作，机床控制系统获取并存储检测头感应区感应检测头与工件的接触点坐标以及机床主轴当前位置坐标。
5.根据权利要求1-4任一项所述一种基于多平台的自动化在机检测方法，其特征在于，还包括：
步骤5，确定检测点测量信息在工件模型视图中的标注位置；
步骤6，通过机床控制系统的导出模块，将检测工件的视图导出为bmp格式位图文件，并在所述标注位置添加标注信息，生成检测报告。
6.根据权利要求5所述一种基于多平台的自动化在机检测方法，其特征在于，所述步骤5包括：
按照实际测得的检测点的X坐标值对检测点进行排序，将排序后的检测点对半划分为X-部分与X+部分；两边检测点数目最多相差一个，记数目最多的部分的检测点数目为M；
设定标注宽度为W，标注间的间隙为s，假设检测工件Y方向上尺寸为Ly，若Ly/(W+s)<M，则认为单张视图中无法排布所有标注信息，将新建视图进行标注。
7.根据权利要求5所述一种基于多平台的自动化在机检测方法，其特征在于，所述步骤6包括：
计算检测工件最大外形尺寸；
通过机床控制系统的导出模块，将检测工件的视图导出为bmp格式位图文件；
识别背景区域，计算位图文件中检测工件轮廓；并对位图的像素坐标与实际坐标进行映射；
在步骤5确定的标注位置处创建标注信息，并更新位图，得到检测报告。
8.根据权利要求7所述一种基于多平台的自动化在机检测方法，其特征在于，所述步骤6还包括：通过系统平台的图形设备接口GDI对标注位置以及标注信息进行修改。
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