基于CAD的加工中心在线检测系统研究与开发
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摘要
目前机械加工过程中，工件的定位与检测大部分还要依靠人工来完成。人工测试不但工作量大，带有一定的人为因素，而且质量数据也不能采集。开发加工中心在线检测系统，既是企业生产实际中亟待解决的难题，也是开发CIMS/QAS系统中的关键技术。不解决好自动检测技术，产品质量信息就难以得到集成。本文在该技术原有发展的基础上，结合CAD/CAM的最新发展，以提高加工中心的加工柔性、加工效率、加工精度为目的，对加工中心在线检测系统进行了深入的研究。本文介绍了基于CAD的加工中心在线检测系统的软件的总体分析与设计、功能及关键技术研究。在ObjectARX的开发环境Visual C++ 6.0下，结合MFC类库，对MDT二次开发，提取图形数据，制定检测路径规划，自动生成检测程序。该系统可用于工件的装夹找正，对工件进行自动在线测量等。
本文基于软件工程，结合自动编程技术的最新发展，进行了基于CAD的加工中心在线检测系统的需求分析、模块划分、软件总体设计等。并对各项关键技术进行了如下研究：
(1)特征识别与数据提取技术。以MDT为开发平台，利用ARX，VC++，MFC类库三者相结合作为开发工具，对MDT进行二次开发，获取检测所需数据。
(2)检测路径规划模块。路径规划作为CAD与在线检测系统集成的纽带，在加工中心在线检测系统中具有举足轻重的作用。涉及到路径规划的控制参数、层次分类等问题。
(3)自动编程和程序集成技术研究。
最后，总结本文的工作并展望了进一步的研究方向。
During the process of machining, the orientation and inspection of workpiece depend on manpower mostly. The manual inspecting has some man-made factor and its work is great, some data of quality also can't be collected. The exploitation of machine center on-line inspecting system is an imperative problem in the production practice and the critical technology to develop the system of CIMS/QAS. If automatic inspecting technology can't be solved primely, the product quality information can't be integrated. This paper based on the recent development of on-line inspection for machine center and CAD/CAM, machine center on-line inspecting system is studied thoroughly to improve the flexility, efficiency and precision of machine center. The on-line inspecting system on machining center based on CAD is introduced in this paper, include software schematic analysis and design, function and critical technology. In the Visual C++6.0 environment of the ObjectARX and MFC class libraries, graphical data are obtained by secondary development of MDT, inspecting path planning is laid and the inspecting program is made automatically. The inspecting system can be applied for automatic setting up and on-line inspecting of workpiece, and so on.
Based on software engineering and the recent development of automatic programming technology, The requirement analysis, module partition and software schematic design of machine center's on-line inspecting system based on CAD and the following critical
technologies are studied.
(1) The technology of feature recognition and data abstraction. We take the MDT as development platform, and take ARX, VC++ and MFC class libraries as development tool, make secondary development on MDT, to abstract data that inspection requires.
(2) Inspecting path planning module. The path planning is the ligament between CAD and on-line inspecting system. It holds the balance in the machine center's on-line inspecting system and includes control parameter and hiberarchy of the path planning.
(3) The technology of automatic programme and program integration. At last, a simple prospect for the possible applications is given.
本文基于软件工程，结合自动编程技术的最新发展，进行了基于CAD的加工中心在线检测系统的需求分析、模块划分、软件总体设计等。并对各项关键技术进行了如下研究：
(1)特征识别与数据提取技术。以MDT为开发平台，利用ARX，VC++，MFC类库三者相结合作为开发工具，对MDT进行二次开发，获取检测所需数据。
(2)检测路径规划模块。路径规划作为CAD与在线检测系统集成的纽带，在加工中心在线检测系统中具有举足轻重的作用。涉及到路径规划的控制参数、层次分类等问题。
(3)自动编程和程序集成技术研究。
最后，总结本文的工作并展望了进一步的研究方向。
During the process of machining, the orientation and inspection of workpiece depend on manpower mostly. The manual inspecting has some man-made factor and its work is great, some data of quality also can't be collected. The exploitation of machine center on-line inspecting system is an imperative problem in the production practice and the critical technology to develop the system of CIMS/QAS. If automatic inspecting technology can't be solved primely, the product quality information can't be integrated. This paper based on the recent development of on-line inspection for machine center and CAD/CAM, machine center on-line inspecting system is studied thoroughly to improve the flexility, efficiency and precision of machine center. The on-line inspecting system on machining center based on CAD is introduced in this paper, include software schematic analysis and design, function and critical technology. In the Visual C++6.0 environment of the ObjectARX and MFC class libraries, graphical data are obtained by secondary development of MDT, inspecting path planning is laid and the inspecting program is made automatically. The inspecting system can be applied for automatic setting up and on-line inspecting of workpiece, and so on.
Based on software engineering and the recent development of automatic programming technology, The requirement analysis, module partition and software schematic design of machine center's on-line inspecting system based on CAD and the following critical
technologies are studied.
(1) The technology of feature recognition and data abstraction. We take the MDT as development platform, and take ARX, VC++ and MFC class libraries as development tool, make secondary development on MDT, to abstract data that inspection requires.
(2) Inspecting path planning module. The path planning is the ligament between CAD and on-line inspecting system. It holds the balance in the machine center's on-line inspecting system and includes control parameter and hiberarchy of the path planning.
(3) The technology of automatic programme and program integration. At last, a simple prospect for the possible applications is given.
引文
[1] BOIANIC OP, MAISTOROVIC D V, MILACIC R V. CAD/CAI integration with special focus on complex surfaces[J]. Annals of CIRP, 1992, 41(1): 535～538.
[2] 陈明娟，章青，刘又午，等．加工中心在线检测软件开发．制造技术与机床，2000，4：52～53．
[3] 王广彦，基于CAD的加工中心在线检测关键技术研究：[硕士论文]．河北工业大学．河北工业大学，2002．
[4] 李亨昭，邱敬之，戚法云．先进制造技术的发展趋势与战略设想．电子机械工程，2000，2：3～14．
[5] 刘丽冰，加工中心在线检测及误差补偿关键技术研究：[博士论文]．天津大学．天津大学，1998．
[6] 王贤坤，陈淑梅，陈亮．机械CAD／CAM技术、应用于开发，机械工业出版社2000．11．
[7] 王世刚，吕永杰，史宝王．基于AMT助检测监控系统及其误差分析．齐齐哈尔大学学报，2002，18(1)：71～74．
[8] 齐治昌，谭庆平，宁洪．软件工程，高等教育出版社，2000．
[9] 李世国．AutoCAD高级开发技术ARX编辑应用，机械工业出版社，1999．
[10] 李世国，潘建忠，平雪良．AutoCAD 2000 ObjectARX编程指南．北京：机械工业出版社，2000，26～28
[11] 孙江宏，丁立伟，米洁．AutoCAD objectARX开发工具及应用．北京：清华大学出版社1999．
[12] 邵俊昌，李旭东．AutoCAD ObjectARX 2000开发技术指南．北京：电子工业出版社，2000．
[13] 段广洪等．利用职能NC程序实现CIMS中的智能加工．中国机械工程，1997，8(3)．
[14] 老大中，赵占强．AutoCAD 2000 ARX二次开发实例精粹．国防工业出版社．2001，1．
[15] 王涛，王瑜等。基于CIMS环境的检测路径规划技术．计算机集成制造系统——CIMS2001，7(10)：57～60．
[16] 施进发，唐朝伟，梁锡昌，浅谈当今测量技术的现状与发展前景，制造技术与机床，No．4，1994，pp．45～47．
[17] 胡俭，三坐标测量机与实物设计／实物程编，航空精密制造技术，No．3，1991，pp．33～35．
[18] 肖贵福，对发展坐标测量机测头的新思考，现代计量测试，No．4，1995，pp．4～9．
[19] W.Lotze，提高坐标测量机精度和功能的多维测头，现代计量测试，No．4，1995，pp．53～56．
[20] 粟立华，OMNI Sip三维万向测头，工具技术，No．9，1996，pp．42～43．
[21] 廖效果，朱启逑，数字控制机床，华中理工大学出版社，1992．
[22] 毕承恩，丁乃建等，现代数控机床，机械工业出版社，1991．
[23] 任玉田，焦振学，王宏甫，机床计算机数控技术，北京理工大学出版社，1996．
[24] 林志航，计算机辅助质量系统，机械工业出版社，1997．
[25] 宋广怡，加工中心在线检测技术研究，河北工业大学硕士论文，1999．
No. 2, 1993, pp. 121.
[28] Weekers W. G., Schllekens P.H.J., Assessment of Dynamic Errors of CMMS for Fast Probing, Annals of the CIRP, No. 44, 1995, pp. 469～474.
[29] Thompson D.C., The Design of an Ultra-precision CNC Measuring, Annals of the CIRP, No. 38, pp. 501～504.
[30] Satori S., Zhang G. X., Geometric Error Measurement and Compensation of Machines, Annals of the CIRP, No. 44, pp. 355～358.
[31] Donmenz M. A., A General Methodology for Machine Tool Accuracy Enhancement by Error Compensation, Precision Engineering, No. 4, pp. 187～196.
[32] Ni J, A Multi-Degree-of-Freedom Measuring System for CMM Geometric Errors, ASME Journal of Engineering for Industry, Vol. 114, 1992, pp. 363～369.
[33] Mou J., Liu C. R., An Innovative Approach to Increase the Accuracy of Multi-Axis Machines for Process-Intermittent Inspection, ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering, Vol. 118, 1996, pp. 585～594.
[34] Hiromu NAKAZAWA, Study on Human-Oriented Interface for CNC Machine Tools, JSME International Journal, Series C, Vol. 39, 1996.
[35] Renishaw, Probing systems for CNC machine tools technical specifications, H-2000-3020-02-B.
[36] Paulo Cauchick Miguel, A Review on Methods for Probe Performance erification, Measurement, Vol. 23, 1998, pp. 15～33.
[37] Clive Butler, An Investigation into the Performance of Probes on Coordinate Measuring Machines, Industrial Metrology, 1991, pp. 59～70.
[38] H. Aoyama, A New Method for Detecting the Contact Point between a Touch Probe and a Surface, Annals of the CIRP, Vol. 38, 1980, pp. 517～520.
[39] 范继业，坐标测量机在生产中的应用，机械设计与制造，No．2，1990，pp．35～36．
[40] 许怡如，测量机在FMS中的应用与集成，航空精密制造技术，No．5，1992，pp．24～26．
[41] 宁晓明等，CAD／CAM集成的接口技术，连云港化工高等专科学校学报，2002，15(2)，36～39．
[42] 甘永立，形状和位置误差检测，国防工业出版社，1995．
[43] 孙家广，计算机图形学，清华大学出版社，1998．
[44] 邱仲潘译，Visual C++6从入门到精通，电子工业出版社，1999．
[45] 《CAD通用技术规范》编写组，CAD通用技术规范，中国标准出版社，1995．
[46] Dayid J. Kruglinski, Visual C++技术内幕6.0，北京希望电子出版社．1999．
[47] 刘雄伟，数控工理论与编程技术，机械工业出版社，1994．
[48] 苑国英，赵卓贤，用于坐标测量机上测量与评定形位误差的软件包，现代计量测试，No．4，1994，pp．23～26．
[49] 孙德茂，用户宏程序编制，北京数控机床培训中心，1989．
[49] 罗迎春，三坐标测量机专用测量软件，制造技术与机床，No．8，1998，pp．22～24．
[50] 李航，利永铜，自动测量技术在加工中心上的应用，组合机床与自动化加工技术，No．10，1996，pp．39～42．
[51] 许之伟，刘文剑，用于加工中心用户宏程序进行参数化加工，机械工艺师，No．11，1998，pp．4～6．
[52] 危常忠，王云，曲线测量的一种有效途径，计量与测试技术，No．2，1998，pp．9～12．
[53] 张力，吕振肃，VC++下串行通信的编程方法，计算机应用，No．3，1999，pp．60～61．
[54] 彭俊松，白作霖，基于坐标测量机的CAIP系统研究进展，机电工程，No．4，1997，pp．45～48．
[55] 李志明，曹杰，VC++与MATLAB的混合编程，遥测遥控，No．6，1999，pp，59～61．
[56] 郑盛梓，桂贵生，虚拟数控加工过程的研究，组合机床与自动化加工技术，No．1，2000，pp．20～21，45．
[2] 陈明娟，章青，刘又午，等．加工中心在线检测软件开发．制造技术与机床，2000，4：52～53．
[3] 王广彦，基于CAD的加工中心在线检测关键技术研究：[硕士论文]．河北工业大学．河北工业大学，2002．
[4] 李亨昭，邱敬之，戚法云．先进制造技术的发展趋势与战略设想．电子机械工程，2000，2：3～14．
[5] 刘丽冰，加工中心在线检测及误差补偿关键技术研究：[博士论文]．天津大学．天津大学，1998．
[6] 王贤坤，陈淑梅，陈亮．机械CAD／CAM技术、应用于开发，机械工业出版社2000．11．
[7] 王世刚，吕永杰，史宝王．基于AMT助检测监控系统及其误差分析．齐齐哈尔大学学报，2002，18(1)：71～74．
[8] 齐治昌，谭庆平，宁洪．软件工程，高等教育出版社，2000．
[9] 李世国．AutoCAD高级开发技术ARX编辑应用，机械工业出版社，1999．
[10] 李世国，潘建忠，平雪良．AutoCAD 2000 ObjectARX编程指南．北京：机械工业出版社，2000，26～28
[11] 孙江宏，丁立伟，米洁．AutoCAD objectARX开发工具及应用．北京：清华大学出版社1999．
[12] 邵俊昌，李旭东．AutoCAD ObjectARX 2000开发技术指南．北京：电子工业出版社，2000．
[13] 段广洪等．利用职能NC程序实现CIMS中的智能加工．中国机械工程，1997，8(3)．
[14] 老大中，赵占强．AutoCAD 2000 ARX二次开发实例精粹．国防工业出版社．2001，1．
[15] 王涛，王瑜等。基于CIMS环境的检测路径规划技术．计算机集成制造系统——CIMS2001，7(10)：57～60．
[16] 施进发，唐朝伟，梁锡昌，浅谈当今测量技术的现状与发展前景，制造技术与机床，No．4，1994，pp．45～47．
[17] 胡俭，三坐标测量机与实物设计／实物程编，航空精密制造技术，No．3，1991，pp．33～35．
[18] 肖贵福，对发展坐标测量机测头的新思考，现代计量测试，No．4，1995，pp．4～9．
[19] W.Lotze，提高坐标测量机精度和功能的多维测头，现代计量测试，No．4，1995，pp．53～56．
[20] 粟立华，OMNI Sip三维万向测头，工具技术，No．9，1996，pp．42～43．
[21] 廖效果，朱启逑，数字控制机床，华中理工大学出版社，1992．
[22] 毕承恩，丁乃建等，现代数控机床，机械工业出版社，1991．
[23] 任玉田，焦振学，王宏甫，机床计算机数控技术，北京理工大学出版社，1996．
[24] 林志航，计算机辅助质量系统，机械工业出版社，1997．
[25] 宋广怡，加工中心在线检测技术研究，河北工业大学硕士论文，1999．
No. 2, 1993, pp. 121.
[28] Weekers W. G., Schllekens P.H.J., Assessment of Dynamic Errors of CMMS for Fast Probing, Annals of the CIRP, No. 44, 1995, pp. 469～474.
[29] Thompson D.C., The Design of an Ultra-precision CNC Measuring, Annals of the CIRP, No. 38, pp. 501～504.
[30] Satori S., Zhang G. X., Geometric Error Measurement and Compensation of Machines, Annals of the CIRP, No. 44, pp. 355～358.
[31] Donmenz M. A., A General Methodology for Machine Tool Accuracy Enhancement by Error Compensation, Precision Engineering, No. 4, pp. 187～196.
[32] Ni J, A Multi-Degree-of-Freedom Measuring System for CMM Geometric Errors, ASME Journal of Engineering for Industry, Vol. 114, 1992, pp. 363～369.
[33] Mou J., Liu C. R., An Innovative Approach to Increase the Accuracy of Multi-Axis Machines for Process-Intermittent Inspection, ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering, Vol. 118, 1996, pp. 585～594.
[34] Hiromu NAKAZAWA, Study on Human-Oriented Interface for CNC Machine Tools, JSME International Journal, Series C, Vol. 39, 1996.
[35] Renishaw, Probing systems for CNC machine tools technical specifications, H-2000-3020-02-B.
[36] Paulo Cauchick Miguel, A Review on Methods for Probe Performance erification, Measurement, Vol. 23, 1998, pp. 15～33.
[37] Clive Butler, An Investigation into the Performance of Probes on Coordinate Measuring Machines, Industrial Metrology, 1991, pp. 59～70.
[38] H. Aoyama, A New Method for Detecting the Contact Point between a Touch Probe and a Surface, Annals of the CIRP, Vol. 38, 1980, pp. 517～520.
[39] 范继业，坐标测量机在生产中的应用，机械设计与制造，No．2，1990，pp．35～36．
[40] 许怡如，测量机在FMS中的应用与集成，航空精密制造技术，No．5，1992，pp．24～26．
[41] 宁晓明等，CAD／CAM集成的接口技术，连云港化工高等专科学校学报，2002，15(2)，36～39．
[42] 甘永立，形状和位置误差检测，国防工业出版社，1995．
[43] 孙家广，计算机图形学，清华大学出版社，1998．
[44] 邱仲潘译，Visual C++6从入门到精通，电子工业出版社，1999．
[45] 《CAD通用技术规范》编写组，CAD通用技术规范，中国标准出版社，1995．
[46] Dayid J. Kruglinski, Visual C++技术内幕6.0，北京希望电子出版社．1999．
[47] 刘雄伟，数控工理论与编程技术，机械工业出版社，1994．
[48] 苑国英，赵卓贤，用于坐标测量机上测量与评定形位误差的软件包，现代计量测试，No．4，1994，pp．23～26．
[49] 孙德茂，用户宏程序编制，北京数控机床培训中心，1989．
[49] 罗迎春，三坐标测量机专用测量软件，制造技术与机床，No．8，1998，pp．22～24．
[50] 李航，利永铜，自动测量技术在加工中心上的应用，组合机床与自动化加工技术，No．10，1996，pp．39～42．
[51] 许之伟，刘文剑，用于加工中心用户宏程序进行参数化加工，机械工艺师，No．11，1998，pp．4～6．
[52] 危常忠，王云，曲线测量的一种有效途径，计量与测试技术，No．2，1998，pp．9～12．
[53] 张力，吕振肃，VC++下串行通信的编程方法，计算机应用，No．3，1999，pp．60～61．
[54] 彭俊松，白作霖，基于坐标测量机的CAIP系统研究进展，机电工程，No．4，1997，pp．45～48．
[55] 李志明，曹杰，VC++与MATLAB的混合编程，遥测遥控，No．6，1999，pp，59～61．
[56] 郑盛梓，桂贵生，虚拟数控加工过程的研究，组合机床与自动化加工技术，No．1，2000，pp．20～21，45．