专利名称：一种虚拟式数控机床在线检测系统和方法
技术领域：
本发明涉及数控机床，具体涉及一种采用虚拟技术条件实现的虚拟式数控机床在 线检测系统和方法。
背景技术：
传统的测量手段因存在二次装夹误差，测量精度和效率都得不到保证，数控机床 的在线测检测在企业的应用中越来越广泛。一般的数控机床在线检测系统只是配备了测头 系统，测量宏程序需要在机床操作面板上手工编写，且只能直接获得简单几何尺寸的检测 结果，对形位误差的检测还需要通过其他手段进行计算，操作起来比较繁琐，严重降低了在 线检测的效率，没有发挥出在线检测的优势。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是提供一种虚拟式数控机床在线检测系统。本发明所要解决的技术问题之二是提供一种虚拟式数控机床在线检测方法。根据本发明的第一种技术方案，一种虚拟式数控机床在线检测系统，包括计算机、 安装在刀柄上的测头、与测头配套的接收器、数控机床，数控机床包括数控系统；其特征在 于计算机中设置有虚拟数控机床在线检测仪；所述虚拟数控机床在线检测仪从计算机中获取被测工件的图形信息，并提供人机 交互界面，虚拟数控机床在线检测仪根据在人机交互界面中选择的测量项目和设置的测试 参数自动生成测量主宏程序，测量主宏程序通过计算机上载到数控系统；同时，虚拟数控机 床在线检测仪通过计算机接收数控系统输出的检测数据，对检测数据根据用户在人机交互 界面中设置的误差补偿值进行误差补偿和分析、计算，对超差的测量项目给予提示，并将计 算结果进行显示、保存和回放；数控机床根据虚拟数控机床在线检测仪生成的测量主宏程序带动测头移动，测头 与工件触碰后触发，并向接收器发出触发信号，接收器将触发信号转换成机床信号并发送 到数控系统；数控系统将测头触发时的检测数据记录并通过计算机输出到虚拟式数控机床 在线检测仪。根据本发明的一个优选方案，所述虚拟数控机床在线检测仪中设置有图形交互与 参数设置模块、测量主宏程序生成模块、测量子宏程序库模块，通信模块、误差补偿与分析 模块、测量过程仿真模块；图形交互模块与参数设置模块图形交互模块与参数设置模块从计算机中导入被 测工件的CAD图，根据CAD图获取被测工件的图形信息，将被测工件图重绘于虚拟数控机床 在线检测仪的屏幕上，用于在被测工件图上指定被测工件的测量基准点和测量开始的定位 点，在图形交互模块与参数设置模块中设置有测量项目选择旋钮、测试参数和误差补偿值 设置界面；测量项目选择旋钮用于选择测量项目，测试参数和误差补偿值设置界面用于设 置测试参数和误差补偿值；
测量子宏程序库模块测量子宏程序库模块中设置有测量子宏程序，供测量主宏 程序生成模块调用；测量主宏程序生成模块测量主宏程序生成模块根据对测量项目的选择调用测量 子宏程序库模块中的测量子宏程序，并结合设置的测试参数生成测量主宏程序，生成的测 量主宏程序以文件形式保存，并输出到测量过程仿真模块，同时生成的测量主宏程序通过 通信模块以及计算机上载到数控系统；测量过程仿真模块测量过程仿真模块按照生成的测量主宏程序，在三维场景中 模拟测头在实际测量过程中的运动轨迹，以确定测量主宏程序的合理性并保证测头在测量 过程中不会碰撞损毁；通信模块通过计算机与数控系统实现通信，通信模块将测量主宏程序生成模块 生成的测量主宏程序文件通过计算机上载到数控系统，通信模块通过计算机接收数控系统 输出的检测数据，然后将检测数据输出到误差补偿与分析模块，同时，通信模块对数控系统 输出的检测数据的完整性进行检查；误差补偿与分析模块根据在图形交互模块与参数设置模块中设定的误差补偿值 对检测数据进行误差补偿；误差补偿与分析模块还对检测数据进行计算和分析，得出计算 的结果，对超差的测量项目给予提示；误差补偿与分析模块对检测数据、误差补偿后的数据 和计算的结果以文件形式保存和回放。根据本发明的第二种技术方案，一种虚拟式数控机床在线检测方法，其特征在于 包括如下步骤A 在计算机中设置虚拟数控机床在线检测仪；再在所述虚拟数控机床在线检测 仪中设置图形交互与参数设置模块、测量主宏程序生成模块、测量子宏程序库模块，通信模 块、误差补偿与分析模块、测量过程仿真模块；B 选择测量项目、设置测试参数和误差补偿值在图形交互与参数设置模块中设 置测量项目选择旋钮，测试参数和误差补偿值设置界面，打开图形交互与参数设置模块，从 计算机中导入被测工件的CAD图，读取图形信息；使用测量项目选择旋钮选择测量项目，将 被测工件图重绘于虚拟数控机床在线检测仪的屏幕上，在工件图上指定被测工件的测量基 准点和测量开始的定位点，在测试参数和误差补偿值设置界面中设置测试参数和误差补偿 值；C 由测量主宏程序生成模块生成测量主宏程序测量主宏程序生成模块根据B步 骤中对测量项目的选择调用测量子宏程序库模块中的测量子宏程序，并结合B步骤中设置 的测试参数生成测量主宏程序，生成的测量主宏程序以文件形式保存，并通过通信模块以 及计算机上载到数控系统；D 测量过程仿真模块进行测量过程仿真测量过程仿真模块按照生成的测量主 宏程序，在三维场景中模拟测头在实际测量过程中的运动轨迹，以确定测量程序的合理性 并保证测头在测量过程中不会碰撞损毁；E 通信模块将生成的测量主宏程序通过计算机上载到数控系统，数控机床按照测 量主宏程序带动测头移动，测头与工件触碰后触发，向接收器发出触发信号，接收器将触发 信号转换成机床信号并发送到数控系统，数控系统将测头触发时的检测数据记录；F:当检测结束后，数控系统将检测数据通过计算机和通信模块输出到误差补偿与分析模块；G 误差补偿与分析模块对检测数据进行误差补偿与分析误差补偿与分析模块 根据在B步骤中设定的误差补偿值对检测数据进行误差补偿；误差补偿与分析模块还对检 测数据进行计算和分析，得出计算的结果，对超差的测量项目给予提示；误差补偿与分析模 块对检测数据、误差补偿后的数据和计算的结果以文件形式保存和回放。根据本发明的一个优选方案，当在B步骤中选择的测量项目为圆度测量时，所设 置的测试参数包括选择外圆或内孔的标记、设置外圆或内孔的直径、设置所测外圆或内孔 在Z向的坐标、设置测量的点数。在进行圆度测量时，选择上述测试参数是因为圆度误差计算需要并保证测头不发 生碰撞损毁。根据本发明的一个优选方案，当在B步骤中选择的测量项目为平面度测量时，所 设置的测试参数包括设置被测平面所在的平面位置、设置被测平面的第一个对角点坐标、 设置被测平面的第二个对角点坐标、设置测量的点数。在进行平面度测量时，选择上述测试参数是因为平面度误差计算需要并保证测头 不发生碰撞损毁。根据本发明的一个优选方案，当在B步骤中选择的测量项目为直线度测量时，所 设置的测试参数包括设置被测直线所在的平面位置、设置被测直线的起始点坐标、设置被 测直线的终点坐标、设置测量的点数。在进行圆度测量时，选择上述测试参数是因为直线度误差计算需要并保证测头不 发生碰撞损毁。根据本发明的一个优选方案，所述的测量过程仿真包括确定测量项目由生成的测量主宏程序，确定测量项目；建立零件模型根据测量项目在OpenGL场景里建立一个零件模型；程序识别根据测量项目，调用测量子宏程序库模块中的对应的子宏程序；参数获取获取设置的测试参数和误差补偿值；生成模拟测头的运动轨迹根据设置的测试参数和误差补偿值生成模拟测头的运 动轨迹；过程模拟驱动模拟测头按照预定运动轨迹运动，完成过程的仿真，以判断测量主 宏程序的合理性并保证测头不发生碰撞损毁。本发明所述的虚拟式数控机床在线检测系统和方法的有益效果是简化了操作流 程，使计算机与数控系统建立通信，充分利用计算机的强大功能，在计算机中通过软件设置 虚拟数控机床在线检测仪，自动生成测量宏程序，检测数据的分析在虚拟数控机床在线检 测仪上进行，减少了机床操作和其他环节的操作时间，大大提高了检测效率；对检测数据用 虚拟数控机床在线检测仪进行误差补偿，使检测结果具有较高的精确性和可靠性；检测项 目多样性，检测对象囊括几何尺寸和形位误差，配以相应的测量程序和分析方法，可方便地 进行功能扩展。因此本发明具有重要的应用价值。
以下将结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。
图1是一种虚拟式数控机床在线检测系统的结构示意图。图2是虚拟数控机床在线检测仪6的结构示意图。图3是虚拟式数控机床在线检测方法的流程图。图4是测量主宏程序生成模块12的程序流程图。图5是误差补偿与分析模块14的程序流程图。图6是测量过程仿真模块15的程序流程图。图7是虚拟数控机床在线检测仪6中人机交互界面示意图。图8是选择凹槽凸台测量时测试参数和误差补偿值设置界面示意图。图9是内孔外圆测量子宏程序流程图。图10是凹槽凸台测量子宏程序流程图。图11是标准平面测量子宏程序流程图。图12是深度高度测量子宏程序流程图。图13是孔心距测量子宏程序流程图。图14是直线度测量子宏程序流程图。图15是平面度测量子宏程序流程图。图16是圆度测量子宏程序流程图。
具体实施例方式参见图1，一种虚拟式数控机床在线检测系统一种虚拟式数控机床在线检测系统， 由计算机1、安装在刀柄上的测头4、与测头4配套的接收器3、数控机床5、虚拟数控机床在 线检测仪6构成，其中，数控机床5包括数控系统，虚拟数控机床在线检测仪6设置在计算 机1中；所述虚拟数控机床在线检测仪6从计算机1中获取被测工件的图形信息，并提供 人机交互界面，虚拟数控机床在线检测仪6根据在人机交互界面中选择的测量项目和设置 的测试参数自动生成测量主宏程序，测量主宏程序通过计算机1上载到数控系统；同时，虚 拟数控机床在线检测仪6通过计算机1接收数控系统输出的检测数据，对检测数据根据用 户在人机交互界面中设置的误差补偿值进行误差补偿和分析、计算，对超差的测量项目给 予提示，并将计算结果进行显示、保存和回放；数控机床5根据虚拟数控机床在线检测仪6生成的测量主宏程序带动测头4移 动，测头4与工件触碰后触发，并向接收器3发出触发信号，接收器3将触发信号转换成机 床信号并发送到数控系统；数控系统将测头4触发时的检测数据记录并通过计算机1输出 到虚拟式数控机床在线检测仪6。其中测头可以是三维触发式测头，如Renishaw公司的MP系列测头或哈尔滨先锋 的TP6C测头。其中，参见图2，所述虚拟数控机床在线检测仪6中设置有图形交互与参数设置模 块11、测量主宏程序生成模块12、测量子宏程序库模块16，通信模块13、误差补偿与分析模 块14、测量过程仿真模块15 ；图形交互模块与参数设置模块11从计算机1中导入被测工件的CAD图，根据CAD 图获取被测工件的图形信息，将被测工件图重绘于虚拟数控机床在线检测仪6的屏幕上，
8用于在被测工件图上指定被测工件的测量基准点和测量开始的定位点，参见图7，在具体实 施例中，选择基准点和选择定位点都是在被测工件图上通过鼠标点击实现，每个定位点对 应一个测量项目，在图形交互模块与参数设置模块11中设置有测量项目选择旋钮21、测试 参数和误差补偿值设置界面；测量项目选择旋钮用于选择测量项目，测试参数和误差补偿 值设置界面用于设置测试参数和误差补偿值，不同的测量项目有不同的测试参数和误差补 偿值设置界面，因为不同的测量项目有不同的测试参数项目；图形交互模块与参数设置模 块11将选择的测量项目和设置的测试参数输入到测量主宏程序生成模块12，以便生成测 量主宏程序；图形交互模块与参数设置模块11将选择的测量项目和设置的误差补偿值输 入到误差补偿与分析模块14 ；测量子宏程序库模块16中设置有测量子宏程序，供测量主宏程序生成模块12调 用，其中，测量子宏程序库模块16的测量子宏程序包括内孔外圆直径、凹槽凸台、单一平 面、深度高度、孔心距、直线度、平面度和圆度共8个项目的测量子宏程序；测量主宏程序生成模块12根据对测量项目的选择调用测量子宏程序库模块16中 的测量子宏程序，并结合设置的测试参数生成测量主宏程序，生成的测量主宏程序以文件 形式保存，并输出到测量过程仿真模块15，同时生成的测量主宏程序通过通信模块13以及 计算机1上载到数控系统；测量主宏程序生成模块12生成的测量主宏程序能对内孔外圆直 径、凹槽或凸台、单一平面、深度高度、孔心距、直线度、平面度和圆度共8个项目进行测量；测量过程仿真模块15按照生成的测量主宏程序，在三维场景中模拟测头4在实际 测量过程中的运动轨迹，以确定测量主宏程序的合理性并保证测头4在测量过程中不会碰 撞损毁；通信模块13通过计算机1与数控系统实现通信，通信模块13将测量主宏程序生 成模块12生成的测量主宏程序文件通过计算机1上载到数控系统，通信模块13通过计算 机1接收数控系统输出的检测数据，然后将检测数据输出到误差补偿与分析模块14，同时， 通信模块13对数控系统输出的检测数据的完整性进行检查，对不完整的数据丢弃并提示；误差补偿与分析模块14根据设定的误差补偿值对检测数据进行误差补偿；误差 补偿与分析模块14还对检测数据进行计算和分析，得出计算的结果，对超差的测量项目给 予提示；误差补偿与分析模块14对检测数据、误差补偿后的数据和计算的结果以文件形式 保存和回放；误差补偿值在测量进行前先设置，并作为系统参数存储起来，对从数控系统输出 的检测数据，由于测头系统存在偏心量、预行程量和长度方向的压缩量，检测数据会存在一 定的误差，因此需要对每一个检测数据都进行误差补偿；误差补偿与分析模块14分别对偏 心量，预行程量和长度方向的压缩量这三个量进行标定，将偏差量存放起来，根据不同的测 量项目对数据进行相应的补偿计算；如果测量项目是轮廓几何尺寸，计算结果根据测量点 的相对位置关系进行四则运算获得；如果测量项目是形位误差，如圆度、直线度、平面度等， 调用误差评定方法进行计算；误差评定方法包括最小区域法、最小二乘法、近似法等，取结 果小者为判定依据。参见图3至图7，一种虚拟式数控机床在线检测方法，其特征在于包括如下步 骤A 在计算机1中设置虚拟数控机床在线检测仪6 ；再在所述虚拟数控机床在线检测仪6中设置图形交互与参数设置模块11、测量主宏程序生成模块12、测量子宏程序库模 块16，通信模块13、误差补偿与分析模块14、测量过程仿真模块15 ；B 选择测量项目、设置测试参数和误差补偿值在图形交互与参数设置模块11中 设置测量项目选择旋钮21，测试参数和误差补偿值设置界面，打开图形交互与参数设置模 块11，从计算机1中导入被测工件的CAD图的dxf文件，按照dxf文件的格式读取图形信 息；图形信息包括直线、圆弧信息；使用测量项目选择旋钮21选择测量项目，将被测工件图 重绘于虚拟数控机床在线检测仪6的屏幕上，在工件图上指定被测工件的测量基准点和测 量开始的定位点，在具体实施例中，选择基准点和选择定位点都是在被测工件图上通过鼠 标点击实现，每个定位点对应一个测量项目，在测试参数和误差补偿值设置界面中设置测 试参数和误差补偿值；不同的测量项目有不同的测试参数和误差补偿值设置界面，因为不 同的测量项目有不同的测试参数项目；例如参见图7，当选择测量外园直径时，需要设置 外圆直径值、Z向位置尺寸和误差补偿值，参见图8，当选择测量凸台尺寸时，需要设置凸台 的χ向宽度尺寸、y向宽度尺寸、ζ向位置尺寸和误差补偿值；dxf文件由组码和组值构成，组码表明其后的值的类型，由CAD图形系统所决定， 紧接在组码后面的组值表示具体的数值。在dxf文件中，每个组码和值对都各占一行，从 dxf文件的数据格式，可以从实体段中读取直线、多段线、圆和圆弧等图元信息并将其重绘 出来，并可进行放大、缩小、平移等操作，供人机交互。C 由测量主宏程序生成模块12生成测量主宏程序测量主宏程序生成模块12根 据B步骤中对测量项目的选择调用测量子宏程序库模块16中的测量子宏程序，并结合B步 骤中设置的测试参数生成测量主宏程序，生成的测量主宏程序以文件形式保存，并通过通 信模块13以及计算机1上载到数控系统；其中，测量子宏程序库模块16的测量子宏程序包 括内孔外圆直径、凹槽凸台、单一平面、深度高度、孔心距、直线度、平面度和圆度共8个项 目的测量子宏程序；在具体实施例中，每选择一个测量项目，测量主宏程序生成模块12都从测量子宏 程序库模块16中调用一个子宏程序，项目和参数全部设置完成后，生成测量主宏程序并存 档；以下是测量内孔圆心和直径、Y向底座宽度、外圆圆度误差、圆台高度、左端面直线 度和右端面平面度生成的测量主宏程序00067 ；Il程序名
G90G40G80 ；Il绝对坐标，取消循环和刀补
G65P9510X0. 0Y0. 0Z30.0 ；//定位到(0.0，0.0，30.0)
G65P9530D30. OZ-5. OMO ；//测量内孔
G65P9540 ；//返回内孔测量数据
G65P9510X30. 0Y0. 0Z30.0 ；//定位到(30. 0，0. 0，30. 0)
G65P9531Y100. OZ-35. OMl ；//测量底座Y向宽度
G65P9541 ；//返回宽度测量数据
G65P9510X-30. 0Y0. 0Z30. 0 ；//定位到(-30. 0,0. 0,30. 0)
G65P9537D100. 0S30Z-5. ORl ；//测量外圆圆度，30个测点
G65P9547S30 ；//返回圆度测量数据
G65P9510X0. 0 Y-35. 0Z30. 0 ；//定位到(0. 0, -35. 0,30. 0)
G65P9534X50. 0Y0. ΟΖΟ. 0Β30. 0 ；//测量圆台高度
G65P9544 ；//返回高度测量数据
G65P9510X-70. 0Υ0. 0Ζ-35.0 ；//定位
G65P9535X-60. 0U60. 0V0. 0R12 ；//测量直线度，12个测点
G65P9545R12 ；//返回直线度测量数据
G65P9510Z30. 0 ；Il定位
G65P9510X140. 0Υ0. 0Ζ-35. 0 ；//定位
G65P9536X90. 0U80. 0V-30. 0R5S6 ；//测量平面度，30个测点
G65P9546R5S6 ；//返回平面度测量数据
Μ30 ； Il程序纯束
D 测量过程仿真模块15进行测量过程仿真测量过程仿真模块15按照生成的测
量主宏程序，在三维场景中模拟测头4在实际测量过程中的运动轨迹，以确定测量程序的 合理性并保证测头4在测量过程中不会碰撞损毁；E 通信模块13将生成的测量主宏程序通过计算机1上载到数控系统，数控机床5 按照测量主宏程序带动测头4移动，测头4与工件触碰后触发，向接收器3发出触发信号， 接收器3将触发信号转换成机床信号并发送到数控系统，数控系统将测头4触发时的检测 数据记录；F:当检测结束后，数控系统通过计算机1和通信模块13输出到误差补偿与分析模 块14 ；G 误差补偿与分析模块14对检测数据进行误差补偿与分析误差补偿与分析模 块14根据在B步骤中设定的误差补偿值对检测数据进行误差补偿；误差补偿与分析模块 14还对检测数据进行计算和分析，得出计算的结果，对超差的测量项目给予提示；误差补 偿与分析模块14对检测数据、误差补偿后的数据和计算的结果以文件形式保存和回放。其中测头可以是三维触发式测头，如Renishaw公司的MP系列测头或哈尔滨先锋 的TP6C测头。参见图7和图16，以测量工件的圆度为例具体说明测量方法A 在计算机1中设置虚拟数控机床在线检测仪6 ；再在所述虚拟数控机床在线检 测仪6中设置图形交互与参数设置模块11、测量主宏程序生成模块12、测量子宏程序库模 块16，通信模块13、误差补偿与分析模块14、测量过程仿真模块15 ；B 选择测量项目、设置测试参数和误差补偿值在图形交互与参数设置模块11中 设置测量项目选择旋钮21，测试参数和误差补偿值设置界面，打开图形交互与参数设置模 块11，用鼠标点击面板上的“导入”按键，从计算机1中导入被测工件的CAD图的dxf文件， 按照dxf文件的格式读取图形信息，图形信息包括直线、圆弧信息；使用测量项目选择旋钮 21选择测量项目为圆度，将被测工件重绘于虚拟数控机床在线检测仪6的屏幕上，再用鼠 标点击面板上的“基准”按键，通过鼠标在工件图上指定被测工件的测量基准点和确定测量 开始的定位点，再在在测试参数和误差补偿值设置界面中设置测试参数和误差补偿值；其 中，测试参数设置包括选择外圆或内孔的标记、设置外圆或内孔的直径、设置所测外圆或内 孔在Z向的坐标、设置测量的点数；
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C 用鼠标点击面板上的“程序”按键，测量主宏程序生成模块12根据B步骤中对 测量项目的选择调用测量子宏程序库模块16中的圆度测量子宏程序，并结合B步骤中设置 的测试参数生成测量主宏程序，生成的测量主宏程序以文件形式保存，并通过通信模块13 以及计算机1上载到数控系统；D 用鼠标点击面板上的“仿真”按键，测量过程仿真模块15进行测量过程仿真测 量过程仿真模块15按照生成的测量主宏程序，在三维场景中模拟测头4在实际测量过程中 的运动轨迹，以确定测量程序的合理性并保证测头4在测量过程中不会碰撞损毁；E 用鼠标点击面板上的“发送文件”按键，通信模块13将生成的测量主宏程序通 过计算机1上载到数控系统，数控机床5按照测量主宏程序快速定位到测量开始的基准点， 并带动测头4移动，在设置的测量基准点测头4与工件触碰后触发，向接收器3发出触发信 号，接收器3将触发信号转换成机床信号并发送到数控系统，数控系统将测头4触发时的检 测数据记录，当所有设置的测量基准点都检测完成后，测头4停止移动；F 数控系统将检测数据通过计算机1和通信模块13输出到误差补偿与分析模块 14；G 用鼠标点击面板上的“结果”按键，误差补偿与分析模块14对检测数据进行误 差补偿与分析误差补偿与分析模块14根据在B步骤中设定的误差补偿值对检测数据进行 误差补偿；误差补偿与分析模块14还对检测数据进行计算和分析，得出计算的结果，对超 差的测量项目给予提示；误差补偿与分析模块14对检测数据、误差补偿后的数据和计算的 结果以文件形式保存和回放。参见图7和图15，测量工件的平面度的测量方法只有B步骤和C步骤与测量圆度 的测量方法不同，其他步骤均相同，在此相同步骤不累述，具体不同步骤为B 选择测量项目、设置测试参数和误差补偿值在图形交互与参数设置模块11中 设置测量项目选择旋钮21，测试参数和误差补偿值设置界面，打开图形交互与参数设置模 块11，用鼠标点击面板上的“导入”按键，从计算机1中导入被测工件的CAD图的dxf文件， 按照dxf文件的格式读取图形信息，图形信息包括直线、圆弧信息；使用测量项目选择旋钮 21选择测量项目为平面度，将被测工件重绘于虚拟数控机床在线检测仪6的屏幕上，再用 鼠标点击面板上的“基准”按键，通过鼠标在工件图上指定被测工件的测量基准点和确定测 量开始的定位点，再在在测试参数和误差补偿值设置界面中设置测试参数和误差补偿值； 其中，测试参数包括设置被测平面所在的平面位置、设置被测平面的第一个对角点坐标、设 置被测平面的第二个对角点坐标、设置测量的点数；C 用鼠标点击面板上的“程序”按键，测量主宏程序生成模块12根据B步骤中对 测量项目的选择调用测量子宏程序库模块16中的平面度测量子宏程序，并结合B步骤中设 置的测试参数生成测量主宏程序，生成的测量主宏程序以文件形式保存，并通过通信模块 13以及计算机1上载到数控系统。参见图7和图14，测量工件的直线度的测量方法只有B步骤和C步骤与测量圆度 的测量方法不同，其他步骤均相同，在此相同步骤不累述，具体不同步骤为B 选择测量项目、设置测试参数和误差补偿值在图形交互与参数设置模块11中 设置测量项目选择旋钮21，测试参数和误差补偿值设置界面，打开图形交互与参数设置模 块11，用鼠标点击面板上的“导入”按键，从计算机1中导入被测工件的CAD图的dxf文件，
12按照dxf文件的格式读取图形信息，图形信息包括直线、圆弧信息；使用测量项目选择旋钮 21选择测量项目为直线度，将被测工件重绘于虚拟数控机床在线检测仪6的屏幕上，再用 鼠标点击面板上的“基准”按键，通过鼠标在工件图上指定被测工件的测量基准点和确定测 量开始的定位点，再在在测试参数和误差补偿值设置界面中设置测试参数和误差补偿值； 其中，测试参数包括设置被测直线所在的平面位置、设置被测直线的起始点坐标、设置被测 直线的终点坐标、设置测量的点数。C 用鼠标点击面板上的“程序”按键，测量主宏程序生成模块12根据B步骤中对 测量项目的选择调用测量子宏程序库模块16中的直线度测量子宏程序，并结合B步骤中设 置的测试参数生成测量主宏程序，生成的测量主宏程序以文件形式保存，并通过通信模块 13以及计算机1上载到数控系统；参见图6，所述的测量过程仿真包括如下步骤确定测量项目由生成的测量主宏程序，确定测量项目；建立零件模型根据测量项目在OpenGL场景里建立一个零件模型；程序识别根据测量项目，调用测量子宏程序库模块16中的对应的子宏程序；参数获取获取设置的测试参数和误差补偿值；生成模拟测头的运动轨迹根据设置的测试参数和误差补偿值生成模拟测头的运 动轨迹；过程模拟驱动模拟测头按照预定运动轨迹运动，完成过程的仿真，以判断测量主 宏程序的合理性并保证测头不发生碰撞损毁。OpenGL是个专业的图形程序接口，是一个功能强大，调用方便的底层图形库。 OpenGL的英文全称是“Open Graphics Library”，顾名思义，OpenGL便是“开放的图形程序 接口”。OpenGL是个与硬件无关的软件接口，可以在不同的平台如Windows 95,Windows NT、 Unix、Linux、MacOS, OS/F之间进行移植。因此，支持OpenGL的软件具有很好的移植性，可
以获得非常广泛的应用。
权利要求
一种虚拟式数控机床在线检测系统，包括计算机(1)、安装在刀柄上的测头(4)、与测头(4)配套的接收器(3)、数控机床(5)，数控机床(5)包括数控系统；其特征在于计算机(1)中设置有虚拟数控机床在线检测仪(6)；所述虚拟数控机床在线检测仪(6)从计算机(1)中获取被测工件的图形信息，并提供人机交互界面，虚拟数控机床在线检测仪(6)根据在人机交互界面中选择的测量项目和设置的测试参数自动生成测量主宏程序，测量主宏程序通过计算机(1)上载到数控系统；同时，虚拟数控机床在线检测仪(6)通过计算机(1)接收数控系统输出的检测数据，对检测数据根据用户在人机交互界面中设置的误差补偿值进行误差补偿和分析、计算，对超差的测量项目给予提示，并将计算结果进行显示、保存和回放；数控机床(5)根据虚拟数控机床在线检测仪(6)生成的测量主宏程序带动测头(4)移动，测头(4)与工件触碰后触发，并向接收器(3)发出触发信号，接收器(3)将触发信号转换成机床信号并发送到数控系统；数控系统将测头(4)触发时的检测数据记录并通过计算机(1)输出到虚拟式数控机床在线检测仪(6)。
2.根据权利要求1所述的虚拟式数控机床在线检测系统，其特征在于所述虚拟数 控机床在线检测仪(6)中设置有图形交互与参数设置模块(11)、测量主宏程序生成模块 (12)、测量子宏程序库模块(16)，通信模块(13)、误差补偿与分析模块(14)、测量过程仿真 模块(15)；图形交互模块与参数设置模块(11)图形交互模块与参数设置模块(11)从计算机(1) 中导入被测工件的CAD图，根据CAD图获取被测工件的图形信息，将被测工件图重绘于虚拟 数控机床在线检测仪(6)的屏幕上，用于在被测工件图上指定被测工件的测量基准点和测 量开始的定位点，在图形交互模块与参数设置模块(11)中设置有测量项目选择旋钮(21)、 测试参数和误差补偿值设置界面；测量项目选择旋钮用于选择测量项目，测试参数和误差 补偿值设置界面用于设置测试参数和误差补偿值；测量子宏程序库模块(16)测量子宏程序库模块(16)中设置有测量子宏程序，供测量 主宏程序生成模块(12)调用；测量主宏程序生成模块(12)测量主宏程序生成模块(12)根据对测量项目的选择调 用测量子宏程序库模块(16)中的测量子宏程序，并结合设置的测试参数生成测量主宏程 序，生成的测量主宏程序以文件形式保存，并输出到测量过程仿真模块(15)，同时生成的测 量主宏程序通过通信模块(13)以及计算机(1)上载到数控系统；测量过程仿真模块(15)测量过程仿真模块(15)按照生成的测量主宏程序，在三维场 景中模拟测头(4)在实际测量过程中的运动轨迹，以确定测量主宏程序的合理性并保证测 头(4)在测量过程中不会碰撞损毁；通信模块(13)通过计算机(1)与数控系统实现通信，通信模块(13)将测量主宏程序 生成模块(12)生成的测量主宏程序文件通过计算机(1)上载到数控系统，通信模块(13) 通过计算机(1)接收数控系统输出的检测数据，然后将检测数据输出到误差补偿与分析模 块(14)，同时，通信模块(13)对数控系统输出的检测数据的完整性进行检查；误差补偿与分析模块(14)根据设定的误差补偿值对检测数据进行误差补偿；误差补 偿与分析模块(14)还对检测数据进行计算和分析，得出计算的结果，对超差的测量项目给 予提示；误差补偿与分析模块(14)对检测数据、误差补偿后的数据和计算的结果以文件形式保存和回放。
3.一种虚拟式数控机床在线检测方法，其特征在于包括如下步骤A 在计算机(1)中设置虚拟数控机床在线检测仪(6)；再在所述虚拟数控机床在线检 测仪(6)中设置图形交互与参数设置模块(11)、测量主宏程序生成模块(12)、测量子宏程 序库模块(16)，通信模块(13)、误差补偿与分析模块(14)、测量过程仿真模块(15)；B:选择测量项目、设置测试参数和误差补偿值在图形交互与参数设置模块(11)中设 置测量项目选择旋钮(21)，测试参数和误差补偿值设置界面，打开图形交互与参数设置模 块(11)，从计算机(1)中导入被测工件的CAD图，读取图形信息；使用测量项目选择旋钮 (21)选择测量项目，将被测工件图重绘于虚拟数控机床在线检测仪(6)的屏幕上，在工件 图上指定被测工件的测量基准点和测量开始的定位点，在测试参数和误差补偿值设置界面 中设置测试参数和误差补偿值；C 由测量主宏程序生成模块(12)生成测量主宏程序测量主宏程序生成模块(12)根 据B步骤中对测量项目的选择调用测量子宏程序库模块(16)中的测量子宏程序，并结合B 步骤中设置的测试参数生成测量主宏程序，生成的测量主宏程序以文件形式保存，并通过 通信模块(13)以及计算机(1)上载到数控系统；D 测量过程仿真模块(15)进行测量过程仿真测量过程仿真模块(15)按照生成的测 量主宏程序，在三维场景中模拟测头(4)在实际测量过程中的运动轨迹，以确定测量程序 的合理性并保证测头(4)在测量过程中不会碰撞损毁；E 通信模块(13)将生成的测量主宏程序通过计算机(1)上载到数控系统，数控机床 (5)按照测量主宏程序带动测头(4)移动，测头(4)与工件触碰后触发，向接收器(3)发出 触发信号，接收器(3)将触发信号转换成机床信号并发送到数控系统，数控系统将测头(4) 触发时的检测数据记录；F 当检测结束后，数控系统将检测数据通过计算机(1)和通信模块(13)输出到误差补 偿与分析模块(14)；G 误差补偿与分析模块(14)对检测数据进行误差补偿与分析误差补偿与分析模块 (14)根据在B步骤中设定的误差补偿值对检测数据进行误差补偿；误差补偿与分析模块 (14)还对检测数据进行计算和分析，得出计算的结果，对超差的测量项目给予提示；误差 补偿与分析模块(14)对检测数据、误差补偿后的数据和计算的结果以文件形式保存和回 放。
4.根据权利要求3所述的一种虚拟式数控机床在线检测方法，其特征在于当在B步 骤中选择的测量项目为圆度测量时，所设置的测试参数包括选择外圆或内孔的标记、设置 外圆或内孔的直径、设置所测外圆或内孔在Z向的坐标、设置测量的点数。
5.根据权利要求3所述的一种虚拟式数控机床在线检测方法，其特征在于当在B步 骤中选择的测量项目为平面度测量时，所设置的测试参数包括设置被测平面所在的平面 位置、设置被测平面的第一个对角点坐标、设置被测平面的第二个对角点坐标、设置测量的 点数。
6.根据权利要求3所述的一种虚拟式数控机床在线检测方法，其特征在于当在B步 骤中选择的测量项目为直线度测量时，所设置的测试参数包括设置被测直线所在的平面 位置、设置被测直线的起始点坐标、设置被测直线的终点坐标、设置测量的点数。
7.根据权利要求3、4、5或6所述的一种虚拟式数控机床在线检测方法，其特征在于 所述的测量过程仿真包括如下步骤确定测量项目由生成的测量主宏程序，确定测量项目； 建立零件模型根据测量项目在OpenGL场景里建立一个零件模型； 程序识别根据测量项目，调用测量子宏程序库模块(16)中的对应的子宏程序； 参数获取获取设置的测试参数和误差补偿值；生成模拟测头的运动轨迹根据设置的测试参数和误差补偿值生成模拟测头的运动轨迹；过程模拟驱动模拟测头按照预定运动轨迹运动，完成过程的仿真。
全文摘要
本发明公开了一种虚拟式数控机床在线检测系统，包括计算机、安装在刀柄上的测头、与测头配套的接收器、数控机床，数控机床包括数控系统；其特征在于计算机中设置有虚拟数控机床在线检测仪；所述虚拟数控机床在线检测仪从计算机中获取被测工件的图形信息，并提供人机交互界面，虚拟数控机床在线检测仪根据在人机交互界面中选择的测量项目和设置的测试参数自动生成测量主宏程序，测量主宏程序通过计算机上载到数控系统；同时，虚拟数控机床在线检测仪通过计算机接收数控系统输出的检测数据，对检测数据根据用户在人机交互界面中设置的误差补偿值进行误差补偿和分析、计算，对超差的测量项目给予提示，并将计算结果进行显示、保存和回放。
文档编号B23Q17/20GK101898317SQ20101019725
公开日2010年12月1日 申请日期2010年6月10日 优先权日2010年6月10日
发明者刘小峰, 周传德, 尹爱军, 柏林, 秦树人, 黄光亮 申请人:重庆大学