1、摘 要： 本文介绍了车间加工中心普遍使用的 Renishaw 测量系统，详细阐述了该测量装置的运行机理，并引入一例该测量系统在 GROB-BZ800加工中心上的自主装调实例。关键词： Renishaw 测量系统，硬件装调，软件控制1. Renishaw 测量系统简介机加工车间 GROB 加工中心普遍采用了 Renishaw 光学测量系统来保证机床的加工精度。整个测量系统由 OMP（Optical module probe） 、OMI（Optical machine interface） 、CNC 组成（如图 1） 。（图 1）精密测头是整个测量系统的核心部件， 车间所使用的 Renishaw
2、OMP60 测头是一种触发式测头，并采用先进的调制光学传输模式。当系统执行测量动作时，OMP60 测头发出采样脉冲信号，光学接收装置接收信号后，传输至CNC，CNC 经过运算分析，确定工件或夹具的坐标偏差是否在规定公差范围内。2. Renishaw 测量系统运行机理及自主装调实例一个测量系统能够运行顺畅、检测准确需要高质量软硬件的协同配合。硬件负责感应、传输与执行；软件负责分析、监控与控制。Renishaw 测量系统硬件主要由测量头、接收装置及 NCU 控制卡（机床自带）构成；软件则主要由 NC程序与 PLC 程序构成。以下内容通过引入一例 Renishaw 测量系统在 BZ800 加工中心上
3、的自主装调实例，详细阐述了其硬件装调过程及软件控制机理。2.1 硬件装调6DL 车间多数 BZ800 加工中心都安装了 Renishaw 测量系统，但也有部分机床未予安装，例如 6DL 缸体线 LBOP90.1，LBOP90.2 这两个工位，存在一定的加工质量风险。为了消除这两个工位的加工质量风险，我们对这两台加工中心自主加装了Renishaw 测量系统。其硬件组成为：Renishaw OMP60 测头、Renishaw OMI-2型接收装置、机床自带 NCU 控制卡（版本号 572.4） 。2.1.1 OMP60 测头结构与调试一个完整的 OMP60 测头（如图 2）主要由以下三个部件组成：
4、红宝石测针，OMP60 测头主件和 Renishaw 刀柄。红宝石测针 OMP60 测头主件Renishaw 刀柄 （图 2）依操作说明将以上三个部件组装完成后，需要对测头设置进行确认，保证测头设置符合实际工况，相关设定过程如下：1. 将电池装入 OMP60 测头中（如图 3） ，观察指示灯闪烁规律，确认测头出厂设置是否与实际工况相符合，如果相符就可以直接使用，若不符，则需进入编辑模式修改参数设置。（图 3）2. 如果与实际工况不符，则需进入编辑模式：首先将电池取出，等待 5 秒以上，使其内部放电完毕，再装入电池，装入电池的同时，拨动红宝石探针，保持探针倾斜，等待测头一个闪烁循环结束，则进入编
5、辑模式。 （编辑模式各参数切换及修改技巧如图 4）（图 4）保持探针拨动小于 4 秒钟，则修改当前参数设置。保持探针拨动大于 4 秒钟，则进入下一个参数设置。不触碰探针大于 20 秒则保存设置并退出编辑模式。3. 按实际硬件及工况要求，拨动探针顺序设定相关参数（如图 5） 。开启方式设定 关闭方式设定信号过滤方式设定 光学传输方式设定光学功率设定（图 5）2.1.2 OMI-2 型接收装置结构与装调一套完整的 Renishaw OMI-2 型接收部件由接收装置主件（如图 6）和固定支架（如图 7）两部分组成。接线端 接收头端（图 6） （图 7）接收装置的装调也分为主件接收头端的安装及主件与机
6、床的联线这两个步骤。1. 主件接收头的安装首先将固定支架安装于机床内，而后依操作说明把主件接收头拨码开关设定完毕，最后将接收头安装于固定支架上（如图 8） 。（图 8）2. 主件与机床的联线主件接线端有很多各色的联接线，不同颜色的接线对应不同的硬件功能，需要与机床相关硬件相连接以实现特定功能。接线原理图如下（对应 BZ800 加工中心）：（图 9）依原理图实际硬件对应接线为（如图 10）：绿 紫 白 黑 棕 灰 红 紫黑 绿黑 橙 绿黄I49.7 I49.6 Q58.6 L-0VL-0VL-0V61F224V61F224V61F224V82A6(NCU)地（图 10）2.2 软件（NC-PLC
7、）控制机理及调试软件是测量系统的灵魂，保证了整个测量系统运行精准、协调、可靠。Renishaw 测量系统软件主要分为 NC 程序和 PLC 程序这两部分，NC 程序负责各子程序的调用、测量动作的执行及测量数据的分析等功能；PLC 程序则负责使能信号的激活、测量系统状态的监控等功能。2.2.1 NCPLC 的通讯NCPLC 程序的执行并不是孤立的，而是交互并行的。要实现这种有序的交互并行，就必须实现 NCPLC 的有效通讯。NCPLC 的通信主要有以下三种方式：1. 利用 NCK 输入输出点的特性实现 NCPLC 的通讯对于 NCK 数字量和模拟量的输入输出信号，NC 与 PLC 之间可通过 P
8、LC-DB10数据块进行通讯。在 840D 系统中，DB10 数据块各地址（对应相关 NCK 输入输出点）的用途是预先定义好的，编程人员能使用这些定义好的变量，对相关NCK 输入输出点进行置位、复位操作，从而实现 PLC NC 的通讯。BZ800 加工中心 NCK 数字量输入输出信号 E1-E8、A1-A8 都是内部信号，可供程序进行调用，无外部硬件对应；其余的输入输出地址都有外部输入输出模块对应，可实现信号感应输入及相关硬件的信号输出。Renishaw 测量系统就是依靠 E7 信号完成部分测量程序的调用功能。2. 利用 DPR 存储区完成 NCPLC 之间的通讯在西门子 840D 系统里有一
9、个特殊存储区，即双端口存储区（dual-port RAM） ，简称 DPR 存储区，这个存储区 NC 和 PLC 都可以高速访问，利用这一特点，可以实现 NC 与 PLC 的快速通讯。PLC 对 DPR 存储区进行读写需要通过调用功能块 FC21 来实现，读写的最小单位为字节，当 FC21 被调用时，数据的传送是即刻进行的，并不是仅仅在一个循环的开始才进行传送，这样就保证了数据传送的高速性，FC21 是西门子 840D系统已经编好的一个功能块，用于数据的读写访问，我们进行通讯时即可调用。FC21 的参数含义如下：参数 类型 类型 值的范围 注释Enable I BOOL 等于 1 表示 FC2
10、1 激活Funct I BYTE 3， 43：读数据4：写数据S7var I ANY S7 数据区域 源/目的数据存放区域IVAR1 I INT 01023 位置偏置(Position offset) IVAR2 I INT -11023旗语字节数据传送不使用旗语：-1Error O BOOL 错误Errcod O INT 错误代码3. 利用 NC-M 指令完成通讯在 840D 控制系统中，我们还可以利用 NCM 指令完成 NCPLC 的通讯。系统将 NC-M 指令与 PLCDB21 数据块的地址对应起来，当不同的 M 指令被程序调用时，即可激活 PLCDB21 中相应的地址，PLC 通过编辑
11、使用这些地址，便可完成对相应功能的输出。部分 M 指令已由系统预先定义好，编程者只要调用它们就可实现一些固定的机床功能；另一部分未被系统预先定义，编程者可以自行定义并完成相应的程序编译，以实现相应功能的输出。Renishaw 测头的激活便是依靠 M 指令实现的。2.2.2 测量程序的调用加工中心 LBOP90.1 的 Renishaw 测量子程序名为“TEMPERATURKOMP_OP90” ，通过阅读机床主程序段（如图 11）我们可以发现其调用机理：程序跳转条件判断测量子程序调用条件判断（图 11）“WITHOUT_MEASURE”可由主程序 N40 行（未截图）进行自由赋值，当赋值为“1”
12、时则程序跳转，屏蔽了测量子程序的调用；当赋值为“0”时则程序顺序执行，开启测量子程序调用条件判断。通过 N140 语句的判断，编程人员通过赋值可方便的屏蔽或开启测量功能。语句 N145 至 N185 是主程序对测量子程序调用条件进行的判断，调用条件为：1. 参数 R40 大于或等于设定值（WORKPIECECOUNTER） 。设定值由编程者自由设定，一般设定为 5 件；而 R40 这个参数为主程序的运行次数。当主程序运行次数大于或等于设定值时便会触发测量子程序，当测量程序调用运行后 R40便会清零。2. 参数 R45 等于“0” 。参数 R45 可由编程者设定，设定为“0” ，测量子程序就会在
13、当前程序循环结束后被立即调用。3. 当信号 I_SIGNAL_MEASURING 被置“1” 。信号 NCK 数字量内部输入点 E7 被定义为 I_SIGNAL_MEASURING，该点的置位过程即使用了前文所提到的 NCPLC第一种通讯方式：当 M68.5 变量激活时便会激活 DB10.DBX1.6（NC 输入信号 E7 对应的置位地址） ，通过该地址强制 E7（I_SIGNAL_MEASURING）置位为“1” ，从而触发测量程序的调用。而 M68.5 变量的激活可由编程人员自由设定条件，例如机床门开启或机床长时间停台等情况。2.2.3 测量程序的执行整个测量程序的执行，以 NC 程序为主
14、，PLC 程序为辅，两者通讯、交互、并行完成整个测量过程。以下是两张程序流程图：PLC 程序控制流程图 NC 程序执行流程图其中 PLC 程序控制流程图中切削液冲洗的开闭及测头使能 Q58.6 的激活与复位都由 NCM 指令进行触发。当 NC 执行 M38（测头启动）指令时，对应地址 DB21.DBX198.6 便被激活，通过相应程序最终完成 Q58.6（测头使能）的激活，而 M39（测头关闭）指令则完成 Q58.6 的复位：2.2.4 测量数据及相关报警夹具基准孔测量执行完毕后，X、Y、Z 轴的测量数据以测量偏差的形式赋值给了相应的 R 参数 R250、R251、R252，可通过机床界面相应
15、页面显示出来。相关报警主要有三个：1.测量超差报警。NC 程序对测量结果都会进行验证，若超出了设定的公差范围则触发相关超差报警。以 X 轴超差为例：“N235 IF (R2500+R260) OR (R2500-R260) GOTOF TOLERANCE”通过以上语句将测量结果 R250 与公差设定值 R260 进行比较，若发生超差情况便会跳转触发相关超差报警。2.测头错误报警。当 PLC 程序激活测头使能，测头开启后，程序就会对测头反馈回来的相关信号进行监控，若 I49.7 测头状态正常信号无正常输入，机床会发出测头错误报警。3.测头电池报警。同上 PLC 程序也会对反馈回来的 I49.6 测头电池正常信号进行监控，若无正常输入机床会触发测头电池报警。参考文献1.Renishaw 用户说明书
