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數(shù)字化設(shè)計(jì)-加工-測(cè)量一體化的閉環(huán)制造模式，是加工具有高幾何精度、高物理性能要求的復(fù)雜零件的重要手段^[1]。“在機(jī)測(cè)量(On-machinemeasurement)"作為這一*制造模式的重要使能技術(shù)，將精密測(cè)量及儀器技術(shù)融入到數(shù)控加工過程中，實(shí)時(shí)反饋、處理加工工件的工藝信息，使測(cè)量與加工緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了制造過程的智能化、高精密化和高效化[^2]。由于無須將工件從加工中心搬至測(cè)量設(shè)備，避免了因工藝基準(zhǔn)不重合造成的誤差，保證了加工精度，縮短了輔助時(shí)間，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)力。

研究適合機(jī)械制造在機(jī)測(cè)量的快速高效、抗*力強(qiáng)、高可靠性的測(cè)量技術(shù)，是機(jī)械測(cè)量學(xué)科重要科技問題及發(fā)展趨勢(shì)[^3]。當(dāng)前，在機(jī)測(cè)量技術(shù)的研究主要集中在以下三個(gè)方面。

(1) 針對(duì)特定工件或加工中心建立在機(jī)測(cè)量系統(tǒng)。高峰等提出了利用數(shù)控成形砂輪磨齒機(jī)高精度數(shù)控軸實(shí)現(xiàn)齒輪精度檢測(cè)的在機(jī)測(cè)量方法；陳岳坪^[6]研究了復(fù)雜曲面的在線測(cè)量，提出一種新的基于空間統(tǒng)計(jì)分析的誤差補(bǔ)償方法；SAZEDUR等^[7]針對(duì)非球面廓形建立了在機(jī)測(cè)量系統(tǒng)，以提高光學(xué)元件的磨削精度；王志永等提出了基于展成原理的螺旋錐齒輪的在機(jī)測(cè)量方法。然而，上述這些研究都是針對(duì)特定幾何特征零件建立在機(jī)測(cè)量系統(tǒng)，并沒有提供一種能夠適用于任意工件、任意結(jié)構(gòu)加工中心的測(cè)量方案設(shè)計(jì)方法，應(yīng)用范圍有限。

(2) 在機(jī)測(cè)量過程的誤差分析與補(bǔ)償。高峰等提出了一種基于誤差隔離的觸發(fā)式測(cè)頭預(yù)行程標(biāo)定方法，標(biāo)定了測(cè)頭在實(shí)際工況下的預(yù)行程^[94'王立成等^[11]提出了自動(dòng)調(diào)整測(cè)頭偏心的方法,并用標(biāo)定球?qū)y(cè)頭的實(shí)際作用半徑進(jìn)行了校準(zhǔn)，研究了基廠?莊線標(biāo)定和雙線性插值技術(shù)的逐點(diǎn)測(cè)頭半徑補(bǔ)償方法；WOZNIAK等[^12]研發(fā)了一種測(cè)量過程中測(cè)頭觸發(fā)力的檢測(cè)裝置；JANKOWSKI M等^[13]提出了一種基于半球形標(biāo)定體的觸發(fā)行程檢定方法；上述這些方法都是一種被動(dòng)的精度保證方法，即先檢測(cè)誤差再補(bǔ)償誤差，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量誤差的主動(dòng)溯源和規(guī)避。更為科學(xué)的方法是：首先評(píng)價(jià)各測(cè)量方案的 ^[1]
精度水平，選取測(cè)量精度高的方案，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行測(cè)量誤差的辨識(shí)與補(bǔ)償，終獲得高的測(cè)量精度。

(3) 應(yīng)用在機(jī)測(cè)量技術(shù)進(jìn)行數(shù)控加工中心綜合精度的辨識(shí)。CHEN等[^14]應(yīng)用在機(jī)測(cè)量技術(shù)對(duì)硬質(zhì)合金非球面構(gòu)型磨削過程進(jìn)行了精度補(bǔ)償；IBARAKI等^[15_17]應(yīng)用在機(jī)測(cè)量技術(shù)辨識(shí)了五軸數(shù)控加工中心的綜合精度。這些研究屬于在機(jī)測(cè)量技術(shù)的擴(kuò)展應(yīng)用。

綜合當(dāng)前的各類文獻(xiàn)，鮮見對(duì)能夠滿足任意結(jié)構(gòu)數(shù)控加工中心、任意工件幾何特征測(cè)量的在機(jī)測(cè)量方案的創(chuàng)成方法的相關(guān)研究、。工件的加工精度在機(jī)測(cè)量，就是通過加工中心伺服系統(tǒng)控制各軸運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)測(cè)頭與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將標(biāo)準(zhǔn)特征映射到被測(cè)特征上，通過分析測(cè)頭示值的變化，終得到測(cè)量結(jié)果。由于多軸數(shù)控加工中心所擁有的伺服軸數(shù)往往多于完成在機(jī)測(cè)量運(yùn)動(dòng)所需的伺服軸數(shù)，導(dǎo)致一個(gè)測(cè)量任務(wù)存在多個(gè)與之對(duì)應(yīng)的伺服運(yùn)動(dòng)控制方案。并且，考慮到數(shù)控加工中心不可避免地存在幾何及運(yùn)動(dòng)誤差，而這些誤差會(huì)“復(fù)制到"測(cè)量數(shù)據(jù)中，嚴(yán)重影響在機(jī)測(cè)量的精度。因此，如何科學(xué)合理地確定的測(cè)量方案以保證在機(jī)測(cè)量的高精度、高效率，是亟待解決的問題。目前的測(cè)量方案設(shè)計(jì)方法多是基于經(jīng)驗(yàn)類比或直覺感官選定伺服運(yùn)動(dòng)方案，缺乏理論支撐，造成測(cè)量方案單一，局限性較為嚴(yán)重，無法有效發(fā)揮并充分運(yùn)用加工中心的運(yùn)動(dòng)及精度潛能，更不利于在機(jī)測(cè)量誤差的分析、溯源、辨識(shí)及補(bǔ)償。

針對(duì)上述問題，本文提出了一種基于加工中心結(jié)構(gòu)并面向測(cè)量任務(wù)的在機(jī)測(cè)量運(yùn)動(dòng)方案創(chuàng)成方法：首先，建立被測(cè)特征與加工中心伺服運(yùn)動(dòng)之間的函數(shù)關(guān)系；而后，求解該方程，獲得所有測(cè)量運(yùn)動(dòng)方案；在此基礎(chǔ)上，對(duì)所有方案進(jìn)行功能篩查和性能評(píng)價(jià)，終確定的測(cè)量方案。

1創(chuàng)成方法

在機(jī)測(cè)量時(shí)，測(cè)頭的運(yùn)動(dòng)軌跡就是工件的被測(cè)特征。測(cè)量方案創(chuàng)成，旨在建立加工中心運(yùn)動(dòng)功能與被測(cè)特征之間的映射關(guān)系，找出能夠生成被測(cè)特征的所有伺服運(yùn)動(dòng)方案，并依據(jù)各方案的測(cè)量范圍及性能，確定方案。其具體過程，如圖1所示，分為三個(gè)階段：①測(cè)量要素解析；②測(cè)量方案解析；③測(cè)量方案評(píng)價(jià)。

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結(jié)束語：

(|)提出了一種基于加工中心結(jié)構(gòu)并面向測(cè)量任務(wù)的在機(jī)測(cè)量運(yùn)動(dòng)方案創(chuàng)成方法。通過解析導(dǎo)獲得所有可能的測(cè)量運(yùn)動(dòng)方案。該方法可應(yīng)用于任何結(jié)構(gòu)數(shù)控加工中心在機(jī)測(cè)量方案的確定。

(2) 提出了在機(jī)測(cè)量方案性能評(píng)價(jià)的準(zhǔn)則，分別是：參與伺服軸原則，重心偏移原則及

度基準(zhǔn)短原則。

(3) 應(yīng)用本文方法，以某五軸數(shù)控成形砂輪磨齒機(jī)齒形偏差在機(jī)測(cè)量為，進(jìn)行了測(cè)量方案的創(chuàng)成，確定了的在機(jī)測(cè)量方案。

(4) 應(yīng)用本文方法確定的測(cè)量方案，進(jìn)行了齒形偏差在機(jī)測(cè)量試驗(yàn)。在機(jī)測(cè)量結(jié)果與KLINGELNBERG P100齒輪測(cè)量中心上的計(jì)量結(jié)果有高的一致性。試驗(yàn)證明，本文方法快速、有效。