在机检测技术的应用及发展趋势

■ 徐工消防安全装备有限公司 （江苏徐州 221000） 李 云

工程师 李 云

随着我国《中国制造2025》行动纲领的实施，工程机械各主机厂商都在进行以智能制造为目标的技术改造，建设以创新、绿色、智能为主题，信息化与工业化深度融合的数字化、网络化的智能工厂。智能工厂是指基于全面互联、智能控制、安全可靠的工联网，广泛采用新一代信息技术和先进制造技术，综合运用设计生产、检验检测和仓储物流等智能装备、软件和控制系统的现代工厂。对于机械加工各工序而言，智能制造主要体现为：使用精密夹具定位，应用在机测量等先进技术，自动对刀、自动原点赋值以及尽量自动避免人工干预，实现工件自动化连续加工，保证工件一致性良好及质量稳定。

在机检测主要是指在数控机床上，应用工件测头等功能部件，配合厂商提供的测量循环程序，自动测量工件坐标系的原点并自动赋值，能够自动测量平面、倾角、圆孔、凸台及凹槽等形状的坐标数据，并输出保存在系统变量里面，便于操作工进行加工。能够扩展机床功能，大幅降低工件加工的辅助时间。目前比较知名的测头生产厂商有：英国雷尼绍公司、海克斯康测量技术有限公司以及哈尔滨先锋机电技术开发有限公司。本文以英国雷尼绍公司的RMP60工件测头为例，阐述在机检测技术的功能及应用情况。

1. RMP60工件测量软件的功能分类

雷尼绍RMP60工件测头的软件按功能分类，主要有三种类型：自动测量功能、手动测量功能和对话式测量功能。以日本OKUMA公司的OSP-P300MA数控系统为例，自动测量功能指通过执行子程序，自动测量工件尺寸。用脉冲手轮将主轴及测头移动到子程序设定的起始位置，例如要测量一个孔的圆心坐标，先使用G15H1的指令选择坐标系，再使用脉冲手轮将主轴及测头移动到孔的大致圆心位置，然后将测头移动至孔的上端面以下10mm的位置，最后切换到AUTO模式，执行以下程序：

ON7

MSG (VC2=内圆的大概直径)

M00

CALL OO16

G92X0Y0

CALL OO10 PMOD=7 PDI=VC2 PUDT=20 POVT=20

CALL OO20 PHN=VACOD PX=0 PY=0

CALL OO17

RTS

程序执行过程中，系统会提示输入VC2的值，即要测量的孔的大概直径，程序执行结束后，雷尼绍RMP60测量出的圆心坐标会自动保存在1号工件坐标系中。

手动测量功能指的是在JOG手动模式下，选择工件测量的类型，如图1所示，用脉冲手轮移动测头，使其碰触工件边缘，等待测头的红色指示灯亮起后，系统会提示保存相关坐标数据，最后按“工件测量”按钮，就能输出相关坐标数据。

对话式测量功能指的是在数控系统中选择测量项目，例如平面测量、内孔测量、凸台测量及凹槽测量等，然后在数控系统操作屏幕上的对话框中输入各项测量参数，如图2所示，指定孔的直径、平面位置等内容，在JOG模式下，启动测量循环，就能完成测量。

测量完毕后，系统会将测量好的数据写进系统变量里面。以测量孔的圆心为例，测量程序执行完毕后，圆心的坐标会被自动写进工件工作系，如图3、图4所示。

图1 OSP-P300MA数控系统中RMP60测头的测量项目选择界面（手动）

图2 SIEMENS 840DSL数控系统中RMP60测量项目选择界面

图3 SIEMENS 840DSL数控系统中RMP60圆孔中心测量界面

图4 执行测量程序前手轮脉冲摇侧针的位置

2. RMP60工件测头的安装

先将RMP60的测针装到测头上，用千分表顶住测针顶部的红宝石，先拧紧图5中序②所示的四颗螺钉，仅需螺钉与测针刚能接触即可，保证测针的跳动范围为±10μm，然后将序①所示的两颗螺钉拧紧，这里需要注意的是，如果第一步就将序①螺钉拧紧，则后续测针就没有调节量了，因此顺序不能颠倒，最后再次调节序②所示的四颗螺钉，保证测针顶部的跳动在5μm以内。

图5 雷尼绍测针调节示意

还有另外一种调测针偏心量的方法，即用对刀仪来调整测针的偏心量。以Zoller Smile620对刀仪为例，先将测头及刀柄安装到对刀仪主轴上，如图6所示，然后关闭对刀仪的“自动聚焦”功能，测量模式选择“M C—测量”，轮廓上的切削刃选择“4”，切削刃形状选择“38”，这样对刀仪就能在0°、90°、180°和270°四个方向进行偏心量测量，测量完毕后，将对刀仪的“测量”模式更改为“预调”模式，直径设为6mm，这样对刀仪每自动旋转90°，就会暂停，用扳手调整四颗螺钉后，点击OK键，直至四颗螺钉全部调节完毕，图7所示是调整后的测针在四个方向的偏心量，标准偏差为0.003mm，能够满足要求。

图6 Zoller Smile620半自动式对刀仪

安装好雷尼绍测针后，需要进行RMP60测头的接线及匹配，这里需要注意，如果是西门子数控系统，机床厂家接线方式不同，会造成测量程序的跳转代码不同，可以查看NC/PLC变量DB10.DBB107，如图8所示：如果该数值的右侧第一位数值为1，则跳转代码为MEAS=1；如果该数值的右侧第二位数值为1，则跳转代码为MEAS=2，部分设备例如对置式双面对镗加工中心采用双通道数控系统，主机的MEAS=1，但副机的MEAS=2，这就可以将两侧主机及副机DB10.DBB107的值，放在变量R299之中，再修改主机的参数R299=1，副机的参数R299=2，另外还需要修改雷尼绍公司的参数设置程序L9724，设置RENP[7]=R299，这样就能在双通道的对镗主机及副机上使用同一套测量程序。

图7 使用对刀仪调节好的测头偏心量

图8 SIEMENS数控系统跳转相关变量

3. 工件测头的启动及关闭

雷尼绍RMP60工件测头在匹配成功后，就能启动测头，一般都采用“无线电开启”的方式启动测头，启动测头的本质就是给测头送电，其执行M代码是由机床厂家自定义的，雷尼绍公司也提供了测头的启动程序L9832，首次应用这个L9832程序前，要将机床厂家的测头开启M代码嵌入L9832中，代码嵌入的位置如以下程序所示的ADD M/C START CODE HERE的位置。

%_N_L9832_SPF

$PATH=/_N_SPF_DIR

PROC L9832 SAVE DISPLOF

DEF REAL_REN[8]

STOPRE

R33=1

L9724

ADD M/C START CODE HERE

_REN[0]=0

M5

同理，雷尼绍的测头关闭代码L9833在首次使用前，也需要嵌入机床厂家的测头关闭M代码。

4. 工件测头的标定

雷尼绍公司在销售RMP60测头时，软件及硬件是单独销售的，一些比较有实力的机床厂家往往只购买雷尼绍公司的测头硬件，自己设计标定及测量程序，同时德国SIEMENS数控系统制造商也开发了相关的测量循环，这样用户就有多种选择，购买机床时，可以指定测量循环的制造商，例如笔者公司使用的意大利COLGAR对镗就是直接购买SIEMENS公司的测量程序，标定程序是CYCLE976，另外一台OKUMA五面体加工中心则是OKUMA公司自己设计的标定程序OO16。

雷尼绍RMP60测头在使用之前要进行标定（校准），如图9所示，标定的目的是测量RMP60测头的长度、半径误差及其在X轴、Y轴方向的偏心量。雷尼绍公司一共提供了4个标定程序：L9801长度标定、L9802偏心标定、L9803半径标定和L9804测球矢量半径值标定。

图9 工件测头校准

雷尼绍公司提供了工件标定的子程序，但还需机床厂商或用户编制标定主程序，不同厂商编制的主程序差异较大，这里值得注意的是，测量测针在XY方向的偏心量时，机床最好具有主轴定位准停的功能，一般配置SIEMENS数控系统的机床都有该功能。一般主轴要在SPOS=0及SPOS=180的位置分别测量并取平均值，这样才能得到较准确的数值，如以下程序所示：

T1 M6

D1

G0 G90 G54

M35

G4F1

SPOS=0

G90G00X0Y0

L9800

R26=-5 R9=3000

L9810

L9800

R7=40

L9814

R100=RENC[40]

R101=RENC[41]

SPOS=180

L9800

R7=40

L9814

R100=(R100+RENC[40])/2

R101=(R101+RENC[41])/2

R24=R100 R25=R101 R9=500

上述程序就是在主轴SPOS=0及SPOS=180的位置分别测量并取平均值，并将该数值赋值放在R100及R101参数中。该方法考虑测针偏心量对测量结果的影响，测量的结果比较准确。

5. 结语

企业只有提高制造过程的智能水平，才能保证产品质量、降低人工成本。机床厂商只有不断扩展机床功能，分析用户操作的实际需求，研究各种在机测量方法，并简化测量操作步骤，才能取得长足的发展。

2019年1―11月我国制造业投资增长2.5%

国家统计局数据显示，2019年1―11月，工业投资同比增长3.7%，增速比1―10月加快0.2个百分点。其中，采矿业投资增长25.3%，增速加快0.2个百分点；制造业投资增长2.5%，增速回落0.1个百分点；电力、热力、燃气及水生产和供应业投资增长3.6%，增速加快1.7个百分点。

工业技术改造投资增长稳健。2019年1―11月，工业技改投资增长8.7%，增速高于全部工业投资5.0个百分点，成为拉动工业投资增长的重要因素。

2019年1―11月，高技术产业投资同比增长14.1%，增速高于全部投资8.9个百分点。

高技术制造业投资增长14.8%，增速比1―10月加快0.3个百分点，加快运行的态势已持续6个月。其中，医疗仪器设备及仪器仪表制造业投资增长24.9%，电子及通信设备制造业投资增长16.5%，计算机及办公设备制造业投资增长14.2%，医药制造业投资增长7.8%。

高技术服务业投资增长13.1%，增速高于全部服务业投资6.4个百分点。其中，研发设计服务业投资增长31.0%，检验检测服务业投资增长29.7%，电子商务服务业投资增长28.8%。