摘要：本文針對在機測量技術(shù)的工作原理進行分析后，提出在機測量技術(shù)應用的現(xiàn)狀，結(jié)合現(xiàn)狀提出在機測量技術(shù)在數(shù)控機械加工中的應用對策，旨在提升機械加工制造的水平和效率，推動整個機械加工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

　　現(xiàn)階段，測量技術(shù)在得到不斷的發(fā)展后，被運用于數(shù)控機械加工領(lǐng)域中，不僅有效地提升了測量結(jié)果的精確性，還能有效地規(guī)避加工精準度不達標而產(chǎn)生的二次加工問題。顯然，測量技術(shù)的特點具有可操控性、精準度高等，在數(shù)控機械加工領(lǐng)域中運用測量技術(shù)，可為數(shù)控加工行業(yè)帶來一定的經(jīng)濟效益。因此，針對在機測量技術(shù)展開分析，合理地將其運用到數(shù)控機械加工的各個環(huán)節(jié)之中承擔技術(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、在機測量技術(shù)的工作原理

　　在機測量技術(shù)主要是借助測量工具，使用測量技術(shù)或者構(gòu)建測量系統(tǒng)，針對機床硬件加工的情況開展實時的測量，結(jié)合被測產(chǎn)品坐標能對產(chǎn)品集合的特征進行判斷，進而在為之后的加工工藝提供一定的參考價值。

　　在機測量技術(shù)使用時，測頭的位置朝向機床位置移動，在移動過程中所加工的產(chǎn)品會與測頭接觸，在等到一段時間后，測頭內(nèi)部的觸點便會出現(xiàn)脫開的情況。這時測頭借助無線電通過接收器的傳播，將所獲取的信號發(fā)送到機床，機床在收到指令后，會在第一時間內(nèi)停止運行、跳轉(zhuǎn)運行、保持運行等。并且，機床中還會將所記錄的一些坐標值、坐標系、相關(guān)數(shù)據(jù)等傳送到系統(tǒng)中，系統(tǒng)進行保存和管理。其中在傳輸過程中，程序會通過所增設的 RS232 串口進行數(shù)據(jù)的識別、傳輸?shù)?，進而結(jié)合程序中提到的要求，對所加工的產(chǎn)品進行測量。RS232 串口起到了輔助的功效，可在完成數(shù)控系統(tǒng)的任務中將坐標的數(shù)據(jù)進行傳輸，測量軟件中獲取相應數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)再根據(jù)該軟件中的分類儲量點以及計算誤差補償，詳細記錄用戶所需要的結(jié)果報告，進而為后續(xù)工作提供指導和參考。以下針對在線測量技術(shù)進行了分析(如圖 1)。

　　二、在機測量技術(shù)在數(shù)控機械加工中的應用對策

　　探測信號的應用，測量航空工件

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

　　檢測程序中可進行多項工作，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用功能。例如，針對圓角工件(加工參數(shù)為 80mm×100mm)開展檢測時，會結(jié)合順序移動的情況，對每個檢測點進行檢測，保存檢測的結(jié)果，再結(jié)合自動化的計算設備或者系統(tǒng)將角度進行旋轉(zhuǎn)，嚴格對系統(tǒng)中的命令進行執(zhí)行。而執(zhí)行指令的發(fā)出會與系統(tǒng)中的檢測系統(tǒng)進行碰撞，協(xié)調(diào)相關(guān)的信息，進而對出現(xiàn)的偏差進行及時糾正和輸出。對于圓角工件而言，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。對于每個要探測的點，結(jié)合其數(shù)量情況構(gòu)建坐標。需要引起注意的是每次的測量，其檢測程序都最終歸于初始化的狀態(tài)，通過觀看其移動的情況，保留每個檢測點的檢測結(jié)果;角度確定時，需要結(jié)合計算機設備進行嚴密的計算。

　　補償程序的設計和運用，解決批量作業(yè)誤差

　　補償程序的設計和運用對于保障各項數(shù)據(jù)的一致性、精確度高等具有一定的優(yōu)勢。例如，批量加工作業(yè)之中，技術(shù)人員采用了刀具半徑補償?shù)姆绞?，這一方式運用后起到的效果為：測頭進行自動的測量時，其尺寸會產(chǎn)生一定的偏差，針對這一情況，適當?shù)倪\用補償措施，可使產(chǎn)品設計的尺寸與實際生產(chǎn)出來的尺寸差距較小，數(shù)據(jù)能夠均在一個水平面上。再進行對數(shù)控機床刀具進行測量時，會利用試切法的方式，即借助機外測量功能實現(xiàn)刀儀器的測量。相對于手工測量而言，這種方式雖然很常見，但是其煩瑣的工作，將會大大降低工作的效率，還會對最終的測量結(jié)果產(chǎn)生一定的偏差。因此，為了克服以上出現(xiàn)的問題，一些學者提到刀具在加工過程中進行測量，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)為相鄰測量結(jié)果。而機床的探測系統(tǒng)在運用過程中，主要針對的是現(xiàn)有程序可能對后續(xù)加工流程進行的測量，在產(chǎn)生一定的尺寸偏差時應用輪廓補償程序，通過機床的探測系統(tǒng)使得整個實驗結(jié)果更具可靠性、針對性。

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

　　輪廓點上的探點，其在編號時需按照連續(xù)編號的方式。系統(tǒng)中對探點進行識別，確定探點位置。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償?shù)那闆r進行識別，并做出報警信息，只有這樣，管理人員才能結(jié)合輪廓補償?shù)那闆r，能對加工現(xiàn)場所出現(xiàn)的各種情況有更深的理解和判斷。因此，在之后的測量過程中，還應對針對輪廓所對應的參考曲線進行探索，這一曲線所展現(xiàn)出的探點離散情況、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)試法針對加工情況進行調(diào)試，待到其結(jié)束之后程序就會進行重新的編寫。

　　葉片工序間加工余量優(yōu)化分配

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

　　(1)三維模型導入和顯示模塊的運用。該模塊中的數(shù)據(jù)格式文件具有國際標準數(shù)據(jù)交換格式，其格式名稱為：STEP 和 IGS，這些數(shù)據(jù)格式文件可用于導入。在運用這一模塊時，可使用 OpenCASCADE 進行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，并能將相關(guān)函數(shù)進行顯示。

　　(2)三維測量點選取與測量路徑規(guī)劃模塊的建立。在進行三維模型的建立時，可對待測零件做好幾何拓撲處理。經(jīng)過處理后在機測量點會顯示出來，然后進行測量路徑的規(guī)劃。OpenCASCADE 中的幾何拓撲處理中所體現(xiàn)函數(shù)類型。

　　(3)在機測量綜合誤差補償模塊，建立誤差數(shù)學模型。

　　(4)在機測量報告的輸出模塊。數(shù)據(jù)得出后應根據(jù)規(guī)定的格式規(guī)范輸出相關(guān)數(shù)據(jù)。

　　針對三維測量點和測量路徑規(guī)劃模塊的構(gòu)建

　　航空發(fā)動機葉片表現(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。通過對這些地方進行檢測點的設置，能夠大幅提升航空發(fā)動機葉片的測量精度，也會影響之后的加工效率。接觸式的在機測量，進行精度評價時會根據(jù)檢測點中所獲取的自由曲面上的各個坐標方向進行評價，對于離散的測量點，CAD 重造自由曲面，取代幾何體。曲面在重造后達到一定的精確值，可對制造曲面中的測量點重建曲面，精確表示出物理制造曲面，再比較采樣點生成的曲面、設計模型等，能對相關(guān)曲面產(chǎn)生的參數(shù)進行評估。例如，曲面的峰谷高度誤差、曲面的均方根高度誤差，對加工曲面的公差進行驗證，并及時了解加工曲面的誤差分布。當自由曲面中確定測量多個精確點后，在機檢測的質(zhì)量相對較高。但是，針對表面上的點的進行檢測，會造成較大的經(jīng)濟損失。針對這一情況，可使用在機測量技術(shù)，應用在機測量采樣點的對策，將自由曲面上結(jié)合實際的情況合理布置采樣點，從而在達到降低測量成本、縮短測量時間的基礎(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 ICP+SQP 方法對葉片工序之間加工產(chǎn)生的余量進行了分配和優(yōu)化，將采用這一方法能對產(chǎn)生的余糧誤差進行補充和消除。借助 SQP 方法準確計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，以某航空葉片在機測量為例，該案例中所使用的機床為五軸機床，通過構(gòu)建逆運動學模型，求取機床運動學逆解，利用廣義雅可比矩陣的方式和齊次變換求解，了解機床每一個軸的運動調(diào)整量，從而針對機床端加工余量的有效配置和優(yōu)化。在進行仿真實驗后，其結(jié)果顯示：葉片半精加工之后，對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%。在了解其實驗中產(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葉片加工余量的檢測、分配等，可以更好地進行葉片之后的加工工作，使得葉片在加工時，其精度得到不斷的提高，還能借助這一方法，針對葉片加工開展全過程的管理和控制。

　　齒輪制造在機測量

　　在機測量技術(shù)不僅用于航空工件的測量、葉片的測量，還可以用于齒輪的測量。齒輪在機測量過程中主要用于對齒輪的尺寸測量、齒形檢測和齒面質(zhì)量評估。其中，齒輪的尺寸測量過程中通過使用光學原理，借助光學投影儀、激光測量和視覺系統(tǒng)開展實時的測量，測量屏幕上的圖像能夠?qū)X輪的齒廓曲線進行顯示。通過測量軟對齒輪齒廓曲線進行數(shù)據(jù)采集，這些數(shù)據(jù)包括齒距、齒頂高、齒底高。在計算齒輪的尺寸、幾何特征和相對位置等參數(shù)時，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)等進行尺寸的計算，在最后的評估階段，一旦出現(xiàn)齒輪尺寸、幾何特征等與相關(guān)標準不符，那么就需要對其尺寸進行調(diào)整和修正。在機測量技術(shù)在應用時，同樣還可以利用光學原理針對航空齒輪齒面的質(zhì)量進行測量。例如：技術(shù)人員針對需要測試的齒輪放置到光學投影儀的底座上，保障齒輪與投影儀的光源垂直對齊。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)對齒輪齒面所出現(xiàn)的磨損、裂紋、變形程度等進行圖像處理計算，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)域中應用在機測量技術(shù)，其為推動航天事業(yè)的發(fā)展起到了一定的助力作用。本文研究在機測量技術(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，在機測量技術(shù)憑借其高精度、非接觸、自動化優(yōu)勢，將在今后的一段時間內(nèi)受到更多行業(yè)的認可，未來，在機測量技術(shù)也會使用得更加廣泛，從而賦予數(shù)控技術(shù)智能化的功能。

　　參考文獻略.