数控铣床视觉在位测量路径规划方法

李飞飞1 杨丽琳2

（1.河南省民族中等专业学校，河南 郑州 450011；2.郑州工业应用技术学院，河南 郑州 451150）

一、前言

数控机床实际上是在制造业中所使用到的一种核心设备，在进行数控机床视觉在位测量路径规划的过程中，主要是对加工构建的几何参数进行分析，以便提升相应的加工工作效率，加强工作效果和工作质量。但是现阶段进行数控机床视觉在位测量路径规划的过程中能够，传统的游标卡尺、千分表、电感测微仪等器械已经不能够满足基础的需求，必须要借助科学技术来实现数据的测量、统计和分析，最终以满足相应的精度要求。

二、数控铣床视觉在位测量系统

数控机床视觉在位测量系统主要由视觉探头和视觉影像在位测量CAI系统两个部分组成。视觉探头的使用实际上是显微镜的自动聚焦系统的应用，主要利用其聚焦定位和影像测量功能来进行工作应用[1]。而CAI系统则是在基于CAD模型的技术上，借助相应的图形交互的方式来帮助NC代码的自动生成，从而帮助测量报告的精确性被大力提升[2]。数控机床视觉在位测量系统的工作原理是在相应的工件完成部分或者全部的加工工序之后，然后利用数控机床的运动控制功能，来形成相应的NC代码，最终使得具有关键性的数据被测量出来，便于合理化数控机床视觉在位测量的路径规划。

三、测量路径规划

（一）采样策略规划

在进行数控铣床视觉在位测量路径规划的过程中，主要利用的机器就是三坐标测量机。所谓的三坐标测量机则必须要借助三维接触式测头采集被测工件表面的点在空间的三维坐标，这样的测量方式具有相当高的精确性和稳定性。另外需要注意的一点是数控铣床视觉在位测量的时候所进行的最小测量单位为测量平面，因此必须要确定相应仪器的视觉探头以三维空间竖向的Z轴为定位方向，然后借助影像测量系统来完善局部图像的绘制[3]。在这样的基础上，想要实现更为精细化的测量，首先要做的就是要选择具有高分辨率、高性能、精确性极强的工业CCD相机；其次还需要借助显微镜成像的方式来进一步提升精度，对于每一个点位的坐标点都确定出具体的指标，之后呈现在平面上。在本次实验的过程总所选择的显微镜是在Mitutoyo 公司生产出来的 10 倍远场校正长工作距离物镜，该仪器的精确性极高，从其工作距离、视场直径、景深等指标上就能够看出来，分别是33.5mm、2.4mm、3.5μm。当工作设备和工作元件准备齐全之后，就要进行采样策略的规划，在借助CAD模型的指导下，具体的操作步骤如下：第一电视要根据各个工件在数控铣床上的具体位置来选取适宜的测量原点，只有确定一个明确、醒目的测量原点之后，依据它所建立的测量坐标系才具有稳定性，不会由于参考位置的变化而出现误差。第二步积极确定最小的测量单位是测量平面，选取需要测定的元素之后来提取出合理的几何特征，最终得到了相关的几何属性。第三步是在第二步所选择的几何元素基础上，根据科学化的采样策略来生成采样点坐标。

图1 采样点分布式实例

以下图的采样点为例，我们需要极端圆弧的顶点坐标PV(xV， yV)，由于不确定性较强，我们需要将其分为两种情况来区别对待。首先，当θ1＞θ0的时候，①Xv=X0+(x1-X0)*cos[(θ1-θ0)/2]- (y1-y0)*sin[(θ1-θ0)/2]； ② yv=y0+(x1-X0)*sin[(θ1-θ0)/2]- (y1-y0)*cos[(θ1-θ0)/2]。 其 次， 当 θ1＜ θ0的 时 候， ① Xv=X0+(x1-X0)*cos[(2π+θ1-θ0)/2]- (y1-y0)*sin[(2π+θ1-θ0)/2]； ② yv=y0+(1-X0)*sin[(2π+θ1-θ0)/2]-(y1-y0)*cos[(2π+θ1-θ0)/2]。在这一基础上，对于较大尺寸的工件来说，想要提升测量的精度，还可以通过适当地增加采样点数来进行控制和研究。

（二）测量路径规划算法

首先，导入采样点集合 Ω0。其次，按照X轴、Y轴、Z轴方向的几何区域分隔线来将测量平面一分为二，得到了属于Ω0的两个子集合Ω1={Pi(xi， yi)∈Ω0 | yi≥yS}和 Ω2={Pi(xi， yi)∈Ω0| yi＜yS}。第三步要按照采样点 X 轴方向的坐标值 xk的大小分别对Ω1和 Ω2进行升序排列。第四步要比较排序后的 Ω1和 Ω2 的第一个采样点的坐标值，，然后选择具有效应的数值。最后将Ω1和 Ω2合并成一个集合 Ω3，依次连接各个采样点，最终就能够得到一条完整性极强的测量路径[4]。

四、实验结果和分析

自从19世纪30年代提出了TSP之后，相应的应用性极强，并且适用范围也很大，因此很值得将数控机床视觉在位测量路径规划方法应用在相似的工程计算中。虽然它不能作为一种通用的求解 TSP 的近似算法，但其基本适用于工件的测量路径规划， 并具有算法简单， 执行效率高的优点。

五、结束语

总而言之，本文针对数控铣床视觉在位测量系统进行了详细的分析和研究，通过研究其在实际工作过程中的工作原理，对相应的数控铣床视觉在位测量路径规划方法进行了具体的详细研究，发现了可能存在的问题。然后根据视觉测量技术中存在的不同问题和纰漏，基于实际应用的大量案例提出了用于解决问题的采样策略，并在CAD系统的指导下确定每一个运动轨迹中点位的对应坐标，来帮助数控铣床视觉在位测量路径规划更加精确、更具有科学性。