在线检测系统在数控车床中的应用

张军 王英英

摘要：在线检测技术为数控加工质量监控提供了更有效的方法。鉴于此，在FANUC数控车床加工过程中，利用雷尼邵测头对加工工件等进行在线检测，通过测量值分析、计算，实现工件定位、加工尺寸的实时监控和自动补偿，从而大大提高了生产效率，确保了加工质量。

关键词：雷尼邵测头;FANUC;数控车;检测

0    引言

数控机床上使用工件测头进行自动测量，可方便工件的安装调整，简化工装夹具，大大缩短机床辅助时间，提高生产效率，同时使机床既能实现工件加工，又可进行工件测量，显著提高了车间车削加工效率。雷尼邵测头用于在数控卧式车床上自动设定加工零点，测量零件尺寸（直径、深度、宽度、自动根据检测值修改程序或者加工参数），减少加工过程中的人工介入，从而提高效率，降低废品率;同时对零件的加工尺寸建立报告文件，存储在机床或者上传到计算机中。雷尼邵OMP400测头由英国雷尼邵公司生产，广泛用于数控车床、加工中心、数控磨床等数控机床，测量系统稳定可靠地安装在配置FANUC系统的数控车床刀塔上（占用1个刀位），精度保持期长，运行控制稳定可靠，测量操作方式简洁。

1    工件测量系统硬件、软件

1.1    硬件

工件测量系统OMP400技术指标（红外传输测头）：红外传输距离为6 m，重复精度为0.25 μm;打开关闭方式：M代码打开/关闭，自动打开/延时关闭，旋转打开/关闭。

1.2    软件

测量宏程序（存储在数控系统中，在需要测量时调用），INSPECTION机内测量循环（宏程序）：该软件提供了如点、圆、凸台、凹槽、拐角等的检测程序存储在数控系统中。用户根据检测需要在机床内调用相应的测量循环进行测量。零件加工完成后，可以将检测数据生成测量报告，并将报告存档到服务器。

2    在线测量原理

雷尼邵无线测头由无线接收端和测头组成。利用雷尼邵测头对工件等进行在线检测，通过测量值分析、计算及反馈，可实现加工工件尺寸的实时监控及自动补偿。

当测头移动碰到工件时，接通测头内部信号，通过无线接收端发送给系统I/O模块，系统接收到信号后，记录下当前的数值，利用FANUC系统宏变量功能，在界面显示相应测量值，用户可以方便地进行检测调整（图1）。

检测零件加工零点在坐标系中的实际位置，并将检测值自动更新到加工坐标系中;检测零件尺寸，如宽度、孔径、孔深等，并根据测量出的实际值进行判断，产生后续处理步骤（调整坐标系、刀具参数、加工程序或者让程序暂停等）。

3    安装及调试步骤

3.1    测头安装调整

数控卧式车床使用测头时，测头通过圆柱刀柄可与车床刀塔连接，测头安装要与Z轴平行，同时与标准测量环同心，如图2所示。

3.2    测头接线与调试

FANUC系列系统测头信号直接与PMC中的X4.7跳转信号相连接即可，该接口是此类系统的标准配置。但本机床PMC输入点数定义输入信号时，将输入信号地址分配给了X30-X32，而X4.7未定义，如果重新分配I/O地址，则相应梯形图也要改变。为了尽可能方便改造，利用系统参数3012对输入信号进行偏移，这样工件测量时就可以利用M90唤醒测头，当测头触碰工件时，无线接收端接收到信号，X33.7闭合，通过宏程序系统变量#138记录测量值。

3.3    测量方法

测量时，先对测头进行校准，Z轴方向利用测头触碰标准环端面，利用程序（不含宏程序）：

O0001

G54;

T0909;

M90;

G65 P9810 Z5. F1000;

G65 P9801 Z0. T1;

G65 P9810 Z100. F1000;

M91;

M30;

再校准X方向，即标定中心位置，移动测头使测头触碰标准环两内侧运行程序：

O0002

T0101;

M90;

G65 P9810 X0. Z-5. F1000;

G65 P9802 X100.T01;

G65 P9810 Z100. F1000;

M91;

M30;

最后测量测头直径：

O0003

T0101;

M90;

G65 P9810 X0. Z-5. F1000;

G65 P9803 X标准环直径 T01;

G65 P9810 Z100. F1000;

M91;

M30;

以上校准完成后，后续可以对加工工件进行测量：

O0004

G54;

T0101;

M90;

G65 P9810 X0.Z10. F1000;

G65 P9810 Z-5. F1000;

G65 P9812 X待测;

M00;

G65 P9810 Z100 F1000;

M91;

M30

測量尺寸可直接在宏变量中查到，用户可以根据工艺尺寸相应调整加工尺寸。

4    结语

通过对卧式数控车床工件测头的调试，并与三坐标比较，重复测量精度≤3 μm，完全符合生产要求，这就大大缩短了其自身检测辅助的时间，提高了生产效率，同时也进一步提高了生产的自动化程度。测量尺寸可直接在宏变量中查到，用户可以根据工艺尺寸相应调整加工尺寸。

[参考文献]

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[2] 胡向东.传感器与检测技术[M].3版.北京：机械工业出版社，2018.

[3] 张庚申.面向数控车床的在线检测系统研究与开发[D].广州：广东工业大学，2011.

[4] 北京发那科机电有限公司.发那科用户手册[Z]，2012.

[5] 龚仲华.FANUC-0iC数控系统完全应用手册[M].北京：人民邮电出版社，2009.

[6] 北京发那科机电有限公司.发那科参数手册[Z]，2012.

收稿日期：2020-05-18

作者简介：张军（1987—），男，河北衡水人，工程师，主要从事数控机床维修装调、改造、研发，机电设备改造，维修智能制造自动产线应用与研究等工作。