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数控机床在线检测技术
发表时间：2005-12-29 张晓峰 来源：《CAD/CAM与制造业信息化》
关键字：数控技术 机床 在线检测
本文对数控加工在线检测系统的组成、工作原理、编程方式及仿真等方面进行了简要介绍。文章中的许多
内容都是些概要性的解释，对大家了解该领域的技术内容很有帮助。
数控机床是现代高科技发展的产物，每当一批零件开始加工时，有大量的检测需要完成，包
括夹具和零件的装卡、找正、零件编程原点的测定、首件零件的检测、工序间检测及加工完
毕检测等。目前完成这些检测工作的主要手段有手工检测、离线检测和在线检测。在线检测
也称实时检测，是在加工的过程中实时对刀具进行检测，并依据检测的结果做出相应的处理。
在线检测是一种基于计算机自动控制的检测技术，其检测过程由数控程序来控制。闭环在线
检测的优点是：能够保证数控机床精度，扩大数控机床功能，改善数控机床性能，提高数控
机床效率。
1、数控机床在线检测系统的组成
数控机床在线检测系统分为两种，一种为直接调用基本宏程序，而不用计算机辅助；另
一种则要自己开发宏程序库，借助于计算机辅助编程系统，随时生成检测程序，然后传输到
数控系统中，系统结构如图1所示。
图1 计算机辅助在线检测系统组成
数控机床的在线检测系统由软件和硬件组成。硬件部分通常由以下几部分组成：
(1) 机床本体
机床本体是实现加工、检测的基础，其工作部件是实现所需基本运动的部件，它的传动
部件的精度直接影响着加工、检测的精度。
(2) 数控系统
目前数控机床一般都采用CNC数控系统，其主要特点是输入存储、数控加工、插补运算
以及机床各种控制功能都通过程序来实现。计算机与其他装置之间可通过接口设备联接，当
控制对象或功能改变时，只需改变软件和接口。CNC系统一般由中央处理存储器和输入输
出接口组成，中央处理器又由存储器、运算器、控制器和总线组成。
(3) 伺服系统
伺服系统是数控机床的重要组成部分，用以实现数控机床的进给位置伺服控制和主轴转
速(或位置)伺服控制。伺服系统的性能是决定机床加工精度、测量精度、表面质量和生产效
率的主要因素。
(4) 测量系统
测量系统有接触触发式测头、信号传输系统和数据采集系统组成，是数控机床在线检测
系统的关键部分，直接影响着在线检测的精度。其中关键部件为测头，使用测头可在加工过
程中进行尺寸测量，根据测量结果自动修改加工程序，改善加工精度，使得数控机床既是加
工设备，又兼具测量机的某种功能。
目前常用的雷尼绍测头，是英国雷尼绍公司的产品，如图2所示。它们用于数控车床、
加工中心，数控磨床、专机等大多数数控机床上。测头按功能可分为工件检测测头和刀具测
头；按信号传输方式可分为硬线连接式、感应式、光学式和无线电式；按接触形式可分为接
触测量和非接触测量。用户可根据机床的具体型号选择合适的配置。
图2 雷尼绍RMP60无线电式测头
(5) 计算机系统
在线检测系统利用计算机进行测量数据的采集和处理、检测数控程序的生成、检测过程
的仿真及与数控机床通信等功能。在线检测系统考虑到运行目前流行的Windows和
CAD/CAM/CAPP/CAM以及VC++等软件，以及减少测量结果的分析和计算时间，一般采
用Pentium级别以上的计算机。
2、数控机床在线检测的工作原理
实现数控机床的在线检测时，首先要在计算机辅助编程系统上自动生成检测主程序，将
检测主程序由通信接口传输给数控机床，通过G31跳步指令，使测头按程序规定路径运动，
当测球接触工件时发出触发信号，通过测头与数控系统的专用接口将触发信号传到转换器，
并将触发信号转换后传给机床的控制系统，该点的坐标被记录下来。信号被接收后，机床停
止运动，测量点的坐标通过通信接口传回计算机，然后进行下一个测量动作。上位机通过监
测CNC系统返回的测量值，可对系统测量结果进行计算补偿及可视化等各项数据处理工作。
测量典型几何形状时检测路径的步骤为：
1.
2.
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4.
5.
6.
确定零件的待测形状特征几何要素；
确定零件的待测精度特征；
根据测量的形状特征几何要素和精度特征，确定检测点数及分布；
根据测点数及分布形式建立数学计算公式；
确定检测零件的工件坐标系；
根据检测条件确定检测路径。
3、数控机床在线检测编程
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