摘要：本文針對(duì)在機(jī)測(cè)量技術(shù)的工作原理進(jìn)行分析后，提出在機(jī)測(cè)量技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀，結(jié)合現(xiàn)狀提出在機(jī)測(cè)量技術(shù)在數(shù)控機(jī)械加工中的應(yīng)用對(duì)策，旨在提升機(jī)械加工制造的水平和效率，推動(dòng)整個(gè)機(jī)械加工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

　　現(xiàn)階段，測(cè)量技術(shù)在得到不斷的發(fā)展后，被運(yùn)用于數(shù)控機(jī)械加工領(lǐng)域中，不僅有效地提升了測(cè)量結(jié)果的精確性，還能有效地規(guī)避加工精準(zhǔn)度不達(dá)標(biāo)而產(chǎn)生的二次加工問題。顯然，測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)具有可操控性、精準(zhǔn)度高等，在數(shù)控機(jī)械加工領(lǐng)域中運(yùn)用測(cè)量技術(shù)，可為數(shù)控加工行業(yè)帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。因此，針對(duì)在機(jī)測(cè)量技術(shù)展開分析，合理地將其運(yùn)用到數(shù)控機(jī)械加工的各個(gè)環(huán)節(jié)之中承擔(dān)技術(shù)后盾的作用，從而引領(lǐng)數(shù)控加工行業(yè)走出一條數(shù)字化、智能化發(fā)展的道路。

　　一、在機(jī)測(cè)量技術(shù)的工作原理

　　在機(jī)測(cè)量技術(shù)主要是借助測(cè)量工具，使用測(cè)量技術(shù)或者構(gòu)建測(cè)量系統(tǒng)，針對(duì)機(jī)床硬件加工的情況開展實(shí)時(shí)的測(cè)量，結(jié)合被測(cè)產(chǎn)品坐標(biāo)能對(duì)產(chǎn)品集合的特征進(jìn)行判斷，進(jìn)而在為之后的加工工藝提供一定的參考價(jià)值。

　　在機(jī)測(cè)量技術(shù)使用時(shí)，測(cè)頭的位置朝向機(jī)床位置移動(dòng)，在移動(dòng)過程中所加工的產(chǎn)品會(huì)與測(cè)頭接觸，在等到一段時(shí)間后，測(cè)頭內(nèi)部的觸點(diǎn)便會(huì)出現(xiàn)脫開的情況。這時(shí)測(cè)頭借助無線電通過接收器的傳播，將所獲取的信號(hào)發(fā)送到機(jī)床，機(jī)床在收到指令后，會(huì)在第一時(shí)間內(nèi)停止運(yùn)行、跳轉(zhuǎn)運(yùn)行、保持運(yùn)行等。并且，機(jī)床中還會(huì)將所記錄的一些坐標(biāo)值、坐標(biāo)系、相關(guān)數(shù)據(jù)等傳送到系統(tǒng)中，系統(tǒng)進(jìn)行保存和管理。其中在傳輸過程中，程序會(huì)通過所增設(shè)的 RS232 串口進(jìn)行數(shù)據(jù)的識(shí)別、傳輸?shù)龋M(jìn)而結(jié)合程序中提到的要求，對(duì)所加工的產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)量。RS232 串口起到了輔助的功效，可在完成數(shù)控系統(tǒng)的任務(wù)中將坐標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，測(cè)量軟件中獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)再根據(jù)該軟件中的分類儲(chǔ)量點(diǎn)以及計(jì)算誤差補(bǔ)償，詳細(xì)記錄用戶所需要的結(jié)果報(bào)告，進(jìn)而為后續(xù)工作提供指導(dǎo)和參考。以下針對(duì)在線測(cè)量技術(shù)進(jìn)行了分析(如圖 1)。

　　二、在機(jī)測(cè)量技術(shù)在數(shù)控機(jī)械加工中的應(yīng)用對(duì)策

　　探測(cè)信號(hào)的應(yīng)用，測(cè)量航空工件

　　數(shù)控系統(tǒng)測(cè)量功能的實(shí)現(xiàn)，離不開信號(hào)端口的建設(shè)。在機(jī)測(cè)量技術(shù)應(yīng)用時(shí)需要以信號(hào)端口為依托，開放信號(hào)端口，使其測(cè)量功能實(shí)現(xiàn)最大化。數(shù)控系統(tǒng)、測(cè)量設(shè)備端口的兼容性，一定程度上促使測(cè)量設(shè)備的精度相對(duì)較高，這也是傳感器應(yīng)用的最大特點(diǎn)。例如，一旦測(cè)量功能發(fā)出之后，機(jī)床就能對(duì)發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行獲取，進(jìn)而第一時(shí)間對(duì)信號(hào)要求進(jìn)行掌控，并進(jìn)行規(guī)范化的執(zhí)行和測(cè)量工作。檢測(cè)的程序在制定時(shí)，質(zhì)檢中心要與提供的材料進(jìn)行保持聯(lián)系，輔助在機(jī)測(cè)量技術(shù)開展自動(dòng)化的計(jì)算，創(chuàng)建參數(shù)矩陣。在得出一些數(shù)據(jù)后進(jìn)行刪選，并針對(duì)影響因子最大的項(xiàng)作為關(guān)注的重點(diǎn)，形成可供參考的加工要點(diǎn)。

　　檢測(cè)程序中可進(jìn)行多項(xiàng)工作，使用多種方法，這些方法包括中心均值法、平面內(nèi)三等，構(gòu)成了該程序的主要應(yīng)用功能。例如，針對(duì)圓角工件(加工參數(shù)為 80mm×100mm)開展檢測(cè)時(shí)，會(huì)結(jié)合順序移動(dòng)的情況，對(duì)每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，保存檢測(cè)的結(jié)果，再結(jié)合自動(dòng)化的計(jì)算設(shè)備或者系統(tǒng)將角度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，嚴(yán)格對(duì)系統(tǒng)中的命令進(jìn)行執(zhí)行。而執(zhí)行指令的發(fā)出會(huì)與系統(tǒng)中的檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行碰撞，協(xié)調(diào)相關(guān)的信息，進(jìn)而對(duì)出現(xiàn)的偏差進(jìn)行及時(shí)糾正和輸出。對(duì)于圓角工件而言，圓角工件的輪廓可以判斷出角的位置，例如，做好輪廓分析可以采用倒角的方式，夾具也在工作流程的指導(dǎo)下被有效地固定，其最后的結(jié)果就是產(chǎn)生了一定的偏差，這些偏差主要體現(xiàn)在角度上和中心的偏移距離上。對(duì)于每個(gè)要探測(cè)的點(diǎn)，結(jié)合其數(shù)量情況構(gòu)建坐標(biāo)。需要引起注意的是每次的測(cè)量，其檢測(cè)程序都最終歸于初始化的狀態(tài)，通過觀看其移動(dòng)的情況，保留每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)結(jié)果;角度確定時(shí)，需要結(jié)合計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)密的計(jì)算。

　　補(bǔ)償程序的設(shè)計(jì)和運(yùn)用，解決批量作業(yè)誤差

　　補(bǔ)償程序的設(shè)計(jì)和運(yùn)用對(duì)于保障各項(xiàng)數(shù)據(jù)的一致性、精確度高等具有一定的優(yōu)勢(shì)。例如，批量加工作業(yè)之中，技術(shù)人員采用了刀具半徑補(bǔ)償?shù)姆绞剑@一方式運(yùn)用后起到的效果為：測(cè)頭進(jìn)行自動(dòng)的測(cè)量時(shí)，其尺寸會(huì)產(chǎn)生一定的偏差，針對(duì)這一情況，適當(dāng)?shù)倪\(yùn)用補(bǔ)償措施，可使產(chǎn)品設(shè)計(jì)的尺寸與實(shí)際生產(chǎn)出來的尺寸差距較小，數(shù)據(jù)能夠均在一個(gè)水平面上。再進(jìn)行對(duì)數(shù)控機(jī)床刀具進(jìn)行測(cè)量時(shí)，會(huì)利用試切法的方式，即借助機(jī)外測(cè)量功能實(shí)現(xiàn)刀儀器的測(cè)量。相對(duì)于手工測(cè)量而言，這種方式雖然很常見，但是其煩瑣的工作，將會(huì)大大降低工作的效率，還會(huì)對(duì)最終的測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生一定的偏差。因此，為了克服以上出現(xiàn)的問題，一些學(xué)者提到刀具在加工過程中進(jìn)行測(cè)量，其可以根據(jù)結(jié)果的差值判斷出的刀磨損的問題，主要依據(jù)為相鄰測(cè)量結(jié)果。而機(jī)床的探測(cè)系統(tǒng)在運(yùn)用過程中，主要針對(duì)的是現(xiàn)有程序可能對(duì)后續(xù)加工流程進(jìn)行的測(cè)量，在產(chǎn)生一定的尺寸偏差時(shí)應(yīng)用輪廓補(bǔ)償程序，通過機(jī)床的探測(cè)系統(tǒng)使得整個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具可靠性、針對(duì)性。

　　對(duì)于一些普通的機(jī)床而言，其仿型功能難以得到充分的體現(xiàn)，例如，仿型過程中會(huì)產(chǎn)生很多的代碼、復(fù)雜的編碼等，編程過程中結(jié)合產(chǎn)品的特征，完成探測(cè)，做出最終的判斷依據(jù)，即反映出了倒角路徑輪廓的情況，在進(jìn)行補(bǔ)償輪廓時(shí)，可以對(duì)探點(diǎn)位置進(jìn)行明確，再對(duì)角的尺寸進(jìn)行確定。因此，探測(cè)工作尤為重要，能夠保障所探測(cè)位置出現(xiàn)的較大偏差，無法為后續(xù)的加工工作提供支持。

　　輪廓點(diǎn)上的探點(diǎn)，其在編號(hào)時(shí)需按照連續(xù)編號(hào)的方式。系統(tǒng)中對(duì)探點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別，確定探點(diǎn)位置。這樣的方式可以有效避免編碼出現(xiàn)混亂、缺少的問題。在系統(tǒng)的輔助下可以在最快的速度之下將輪廓補(bǔ)償?shù)那闆r進(jìn)行識(shí)別，并做出報(bào)警信息，只有這樣，管理人員才能結(jié)合輪廓補(bǔ)償?shù)那闆r，能對(duì)加工現(xiàn)場(chǎng)所出現(xiàn)的各種情況有更深的理解和判斷。因此，在之后的測(cè)量過程中，還應(yīng)對(duì)針對(duì)輪廓所對(duì)應(yīng)的參考曲線進(jìn)行探索，這一曲線所展現(xiàn)出的探點(diǎn)離散情況、覆蓋范圍內(nèi)形成的一條曲線等，這些都可用作參考曲線。加工產(chǎn)品過程中，對(duì)于所出現(xiàn)的小概率事件，即加工程序、初始路徑出現(xiàn)了重合的情況，在這一情況下，技術(shù)人員可靈活使用調(diào)試法針對(duì)加工情況進(jìn)行調(diào)試，待到其結(jié)束之后程序就會(huì)進(jìn)行重新的編寫。

　　葉片工序間加工余量?jī)?yōu)化分配

　　本文主要結(jié)合航空葉片工序間加工余量進(jìn)行的優(yōu)化和分配，選用在機(jī)測(cè)量軟件，其功能需求滿足了以下幾點(diǎn)。

　　(1)三維模型導(dǎo)入和顯示模塊的運(yùn)用。該模塊中的數(shù)據(jù)格式文件具有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式，其格式名稱為：STEP 和 IGS，這些數(shù)據(jù)格式文件可用于導(dǎo)入。在運(yùn)用這一模塊時(shí)，可使用 OpenCASCADE 進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，并能將相關(guān)函數(shù)進(jìn)行顯示。

　　(2)三維測(cè)量點(diǎn)選取與測(cè)量路徑規(guī)劃模塊的建立。在進(jìn)行三維模型的建立時(shí)，可對(duì)待測(cè)零件做好幾何拓?fù)涮幚?。?jīng)過處理后在機(jī)測(cè)量點(diǎn)會(huì)顯示出來，然后進(jìn)行測(cè)量路徑的規(guī)劃。OpenCASCADE 中的幾何拓?fù)涮幚碇兴w現(xiàn)函數(shù)類型。

　　(3)在機(jī)測(cè)量綜合誤差補(bǔ)償模塊，建立誤差數(shù)學(xué)模型。

　　(4)在機(jī)測(cè)量報(bào)告的輸出模塊。數(shù)據(jù)得出后應(yīng)根據(jù)規(guī)定的格式規(guī)范輸出相關(guān)數(shù)據(jù)。

　　針對(duì)三維測(cè)量點(diǎn)和測(cè)量路徑規(guī)劃模塊的構(gòu)建

　　航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片表現(xiàn)所展現(xiàn)出的幾何特征為：曲率、扭轉(zhuǎn)角呈現(xiàn)的狀態(tài)為不斷變化的狀態(tài);平均曲率較大主要體現(xiàn)在前緣和后緣;平均曲率較小的體現(xiàn)在盆地和后緣的位置。通過對(duì)這些地方進(jìn)行檢測(cè)點(diǎn)的設(shè)置，能夠大幅提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的測(cè)量精度，也會(huì)影響之后的加工效率。接觸式的在機(jī)測(cè)量，進(jìn)行精度評(píng)價(jià)時(shí)會(huì)根據(jù)檢測(cè)點(diǎn)中所獲取的自由曲面上的各個(gè)坐標(biāo)方向進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)于離散的測(cè)量點(diǎn)，CAD 重造自由曲面，取代幾何體。曲面在重造后達(dá)到一定的精確值，可對(duì)制造曲面中的測(cè)量點(diǎn)重建曲面，精確表示出物理制造曲面，再比較采樣點(diǎn)生成的曲面、設(shè)計(jì)模型等，能對(duì)相關(guān)曲面產(chǎn)生的參數(shù)進(jìn)行評(píng)估。例如，曲面的峰谷高度誤差、曲面的均方根高度誤差，對(duì)加工曲面的公差進(jìn)行驗(yàn)證，并及時(shí)了解加工曲面的誤差分布。當(dāng)自由曲面中確定測(cè)量多個(gè)精確點(diǎn)后，在機(jī)檢測(cè)的質(zhì)量相對(duì)較高。但是，針對(duì)表面上的點(diǎn)的進(jìn)行檢測(cè)，會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)這一情況，可使用在機(jī)測(cè)量技術(shù)，應(yīng)用在機(jī)測(cè)量采樣點(diǎn)的對(duì)策，將自由曲面上結(jié)合實(shí)際的情況合理布置采樣點(diǎn)，從而在達(dá)到降低測(cè)量成本、縮短測(cè)量時(shí)間的基礎(chǔ)上保障重建的制造曲面精度滿足條件。

　　葉片加工余量的優(yōu)化分配

　　本研究中主要使用 PCA+ 改進(jìn) ICP+SQP 方法對(duì)葉片工序之間加工產(chǎn)生的余量進(jìn)行了分配和優(yōu)化，將采用這一方法能對(duì)產(chǎn)生的余糧誤差進(jìn)行補(bǔ)充和消除。借助 SQP 方法準(zhǔn)確計(jì)算出帶約束的余量問題，不僅使得求解的結(jié)果精度更高，還能提升余量求解的效率。例如，以某航空葉片在機(jī)測(cè)量為例，該案例中所使用的機(jī)床為五軸機(jī)床，通過構(gòu)建逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，求取機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解，利用廣義雅可比矩陣的方式和齊次變換求解，了解機(jī)床每一個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)調(diào)整量，從而針對(duì)機(jī)床端加工余量的有效配置和優(yōu)化。在進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)后，其結(jié)果顯示：葉片半精加工之后，對(duì)葉片加工余量開展分配和優(yōu)化，葉片半精加工后，其毛坯 MAE 和 RMSE 值相同，即為 0.1μm，在進(jìn)行優(yōu)化分配前，其值降低了 99.4% 和 99.8%。精加工后葉片輪廓誤差控制在 1.2μm 左右，相比優(yōu)化分配前其降低值為 99.8%。葉片的輪廓誤差值為 160.45%，相比分配之前降低 78%。在了解其實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和仿真的數(shù)據(jù)，其具有較好的一致性，利用這一方法開展對(duì)葉片加工余量的檢測(cè)、分配等，可以更好地進(jìn)行葉片之后的加工工作，使得葉片在加工時(shí)，其精度得到不斷的提高，還能借助這一方法，針對(duì)葉片加工開展全過程的管理和控制。

　　齒輪制造在機(jī)測(cè)量

　　在機(jī)測(cè)量技術(shù)不僅用于航空工件的測(cè)量、葉片的測(cè)量，還可以用于齒輪的測(cè)量。齒輪在機(jī)測(cè)量過程中主要用于對(duì)齒輪的尺寸測(cè)量、齒形檢測(cè)和齒面質(zhì)量評(píng)估。其中，齒輪的尺寸測(cè)量過程中通過使用光學(xué)原理，借助光學(xué)投影儀、激光測(cè)量和視覺系統(tǒng)開展實(shí)時(shí)的測(cè)量，測(cè)量屏幕上的圖像能夠?qū)X輪的齒廓曲線進(jìn)行顯示。通過測(cè)量軟對(duì)齒輪齒廓曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，這些數(shù)據(jù)包括齒距、齒頂高、齒底高。在計(jì)算齒輪的尺寸、幾何特征和相對(duì)位置等參數(shù)時(shí)，可使用齒距(Pitch)=2πR/Z，其中 R 是齒輪的半徑，Z 是齒輪的齒數(shù);齒頂高(Addendum)=m×(1+x)，其中 m 是模數(shù)，x 是齒輪齒形修正系數(shù)等進(jìn)行尺寸的計(jì)算，在最后的評(píng)估階段，一旦出現(xiàn)齒輪尺寸、幾何特征等與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不符，那么就需要對(duì)其尺寸進(jìn)行調(diào)整和修正。在機(jī)測(cè)量技術(shù)在應(yīng)用時(shí)，同樣還可以利用光學(xué)原理針對(duì)航空齒輪齒面的質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量。例如：技術(shù)人員針對(duì)需要測(cè)試的齒輪放置到光學(xué)投影儀的底座上，保障齒輪與投影儀的光源垂直對(duì)齊。調(diào)整投影儀的焦距和放大倍數(shù)，將齒輪的齒面放大投射到屏幕上，并使用視覺系統(tǒng)對(duì)齒輪齒面所出現(xiàn)的磨損、裂紋、變形程度等進(jìn)行圖像處理計(jì)算，確定齒輪齒面是否出現(xiàn)一定的缺陷。

　　三、結(jié)語

　　航天航空領(lǐng)域中應(yīng)用在機(jī)測(cè)量技術(shù)，其為推動(dòng)航天事業(yè)的發(fā)展起到了一定的助力作用。本文研究在機(jī)測(cè)量技術(shù)具有一定的意義和作用。尤其是航天領(lǐng)域?qū)τ诩庸ぜ夹g(shù)的精密度有著較高的要求，在機(jī)測(cè)量技術(shù)憑借其高精度、非接觸、自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)，將在今后的一段時(shí)間內(nèi)受到更多行業(yè)的認(rèn)可，未來，在機(jī)測(cè)量技術(shù)也會(huì)使用得更加廣泛，從而賦予數(shù)控技術(shù)智能化的功能。

　　參考文獻(xiàn)略.