Renishaw测量系统运行机理及装调实例

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GR0B-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(Opticalmoduleprobe)、OMI(Opticalmachineinterface）、CNC组成（如图1）。onihii卧岗T-!Bn>pJ-Machinespindle_¥号¥；尸.百g牛M-Xe.!、.

2、->"-l-.l'I:ri-acV4：aa空雀：芻影;歼纠爲rI：隸;r哑EOMIioneonly)+CNCcontrol7-T.m,aMMi*.W4IMI*.14业W彩狀Shank(size25-50)Mountingbracketplptional-PSU3-jpowersupplyunit|MPUinspectionprobeCatteryewerCNCmachinecontrolProbeheadSiylusomp-led怯3x.Receivediad»sCxTraismitLED's1xProbestatusLEO（图1）精密测头是整个测量系

3、统的核心部件，车间所使用的RenishawOMP6O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BZ80

4、0加工中心上的自主装调实例，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LB0P90.1,LB0P90.2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：Renishaw0MP60测头、RenishawOMI-2型接收装置、机床自带NCU控制卡（版本号572.4）。2.1.1OMP60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：红宝石测针,OMP60测头主件和R

5、enishaw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，则进入编辑模式。（编辑模式各参数切换及修改技巧如图4）KEY保持探针拨动小于

6、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。（图4）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）。TOCHANGESWITCHONMETHODOPTICALONI45#C_'：3SHANKON匕密叱SPINONk4r.1>'1->4I厂I_开启方式设定关闭方式设定_INEWSETTINGSCOMPLETETOCHANGESWITCHOFFMETHODDHirttedfcrSHANKON)OPTICALar5-PINSHORTTIMEOUTt2sec|<4m>MED

7、IUM.TIMEOUT3355CLONGTIMEOUT134SM|<4J>71&K”1rTOCHANGEENHANCEDTRIGGERFILTERSETTINGOFFotecON10msr<T»>ON20ms1.J1OH!40msj-4I、4.S-IH：-rL信号过滤方式设定光学传输方式设定SEWN?5COMPLETETOCHANCEOPTICALTRANSMISSICMMETHODLEGACY(starlfilteroff)尸LEGACY(startTitteron)MODULATED«>4I>4TOCHANGEOPTICALP

8、OWERReSium!"TOCHANGESWITCHONMETHOD*NEWSETTINGSCOMPLETE（图6）（图5）2.1.2OMI-2型接收装置结构与装调一套完整的RenishawOMI-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

9、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）：Probestilus1(SSR)Tjrquci扇Nolccnn&ctedTUguoMbi詁NonconnectedLowbattery(SSRVioletVidlfblackPIN7Gr&enETor(SSR)Gr&eiitil自能OMI-2MachinestartinputDriverWfilteBrcwnNotconnectedPIN4X12GreyDriver15VScreenNotfinnneotftdOrangeRedBladeGreerVyelowtlPIN10PIN5PINSPI

10、N1SW1OFF.OFFOFF.OFFSW2OFRON.ON,OFFOFFMachinegircuind(starpoint)(图9)依原理图实际硬件对应接线为（如图10）：绿紫白黑八、棕灰红紫黑绿黑橙绿黄I49.7I49.6Q58.6L-L-L-61F261F261F282A6地0V0V0V24V24V24V(NCU)2.2软件（NC-PLC）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

11、的监控等功能。2.2.1NCPLC的通讯NC-PLC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PLC-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PLCNC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

12、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系统里有一个特殊存储区，即双端口存储区(dual-portRAM),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

13、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EnableIBOOL等于1表示FC21激活FunctIBYTE3，43 :读数据4 :写数据S7varIANYS7数据区域源/目的数据存放区域IVAR1IINT01023位置偏置(Positionoffset)IVAR2IINT-11023旗语字节数据传送不使用旗语：-1ErrorOBOOL错误ErrcodOINT错误代码3.利用NCM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PLC

14、DB21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LB0P90.1的Renishaw测量子程序名为“TEMPERATURK0MP_0P90”，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N110IFTTITHOUT_MEdSUE

15、E=1COTOFTTITHOUT-EENISHAW彳土丿丁叩叶弋本厅门切N115IFRia>=irOKKPIECECDUNTEBN150TEMFIEATITKKONP_OPQON155ENDIFNISOIFR<L5=0N155TEMPEEATITBKQMP-OPOO<M170EMBIFf测量子程序调用条件判断M175IFI_SIGNAL_BfEASURIMG=1N1BOTEMPEEATITRKOMP_DPOONLB5ENDIFNLOQZEEQ_QFF_B000_6C_77;LoadZeroOffaetNiaSWITHOUT.IiZtnSHA'IF；（图11）“WITH

16、OUT_MEASURE”可由主程序N40行（未截图）进行自由赋值，当赋值为“1”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

17、程者设定，设定为“0”，测量子程序就会在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：ffet-TOrK24;jetJJCK-InputE7;measurinaCciramt:MioBr®raLB5t-3tion;neasuringisnecessary一ISetdigi,NCRinput7SBJSrEBJJCRTiSetInp7_一I当M68.5变量激活时便会激活DB10.DBX1.6(NC输入信号E7对

18、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，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NC一M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，

19、而M39（测头关闭）指令则完成Q58.6的复位：UBtwrK3sProcess日eus口r1svitch口讥(M3Sjfawitohot£Comn亡nt;K6.5ProcessXLBasurincisens口工tacreryM2.DB3<2B1.1Proceastteamcingsensor0ProcessOLeasuxlugDK21.1JBKL9Reaeterrareer口工sensor1O.ti®.7frnuWC叩叩乃_辺EHswitchonTiB_3rEM_C"LB_3rEH_CIsEaslGESVxessZgesTkSLDied3wiiEL_LrnH

20、AMiiEL_Lractive_201_O_A27_261_2_A27iM3aiMiyn3aMDyn3g"116.50124D01241,rK6fi-0r，卜I.-'卜门IP工口cesaiir-MTirinasensot1awitohmstored(K3a)TKS.D17iTettfDi-k1:PiDcesfswitchonBG8.0TracesameMuring-3tTUD匚丄switchansmietl(M38)r,Mi58.QBrCOIQjfint!Processncasuiingsensa匚3E8IC,PA5S:I込丄P工口cessmeasuringsettsoE2s

21、witchcmstored(H39)r,Hfie.l,r2.2.4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：“N235IF(R250>0+R260)OR(R250<0-R260)GOTOFTOLERANCE”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

22、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149.7测头状态正常信号无正常输入，机床会发出测头错误报警。Pre-assianP匚口CC35measLiEingaensoiFaBIijilijptesentstatusL493-2T/F區闘PI0EE33nieasiiringseoaoi1switcEionstared(H38)rrK6B-ir149.7Processne：asuELngsensoisrrot:r,-I43.7,r1/1DD3C-DDXC1.1T59Axis/spindFioceasleT50measuringstationarTHeasuLing5CH30Z(nCnuLin)SEHSOEeiEor3LEMAswitchan(delayedlXIS_SP_6r,.(delayed)“TSgrirrrT5BrrSUhT.LProcessni*isuiingsensor亡匚匸工,rDE_SIEM_lE3SA&E3rr7x281LAZ70