內(nèi)容提要：詳細(xì)闡述了雷尼紹MP10／OMP60測(cè)頭系統(tǒng)結(jié)合西門(mén)子840D數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工件／刀具測(cè)量的方法，包括硬件連接、軟件設(shè)置、參數(shù)設(shè)置和測(cè)量循環(huán)的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞： 探針  MP10  OMP60  840D
Application of RENISHAW MP10/OMP60 Probe System in SIEMENS 840D
HU Guoqing  AN Bo
Abstract：.The method that combining RENISHAW MP10/OMP60 probe system and SIEMENS 840D CNC system to realize workpiece or tool measurement is expatiated, including to hardware connection,software setup,parameter setup and application of measuring cycles.
Keywords：Probe；MP10；OMP60；840D
MP10測(cè)頭系統(tǒng)是雷尼紹公司近年推出性價(jià)比較高的通用性測(cè)頭產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)的安裝量近千套，它與數(shù)控系統(tǒng)的連接應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)工件測(cè)量、刀具測(cè)量功能，可以縮短90％的在機(jī)輔助時(shí)間，并消除了因手動(dòng)檢測(cè)和找正工件而導(dǎo)致的工件報(bào)廢，在數(shù)控機(jī)床及制造業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，是智能化制造系統(tǒng)的眼睛。
OMP60測(cè)頭可兼容于MP10，它采用最先進(jìn)的調(diào)制光學(xué)傳輸方法，配置OMI-2集成接口接收器后，具有極強(qiáng)的抗光干擾能力。本文就MP10探針結(jié)合西門(mén)子840D數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用測(cè)量功能實(shí)現(xiàn)的方法進(jìn)行闡述，為同類(lèi)型的應(yīng)用提供借鑒，對(duì)以下的描述同樣適用于OMP60。
1．  硬件連接
1．1        系統(tǒng)構(gòu)成
MP10測(cè)頭系統(tǒng)硬件由探針、光學(xué)接收模塊OMM、MI12接口單元組成，將它的測(cè)量脈沖接入CNC的高速測(cè)量接口，使系統(tǒng)融于一體。一種用于測(cè)量工件的MP10測(cè)頭系統(tǒng)連接示意如圖1：

MP10上的OMP二極管指示與OMM之間通過(guò)紅外線傳輸，二者之間的距離最好在3米之內(nèi)，最大距離不可超過(guò)6米。MP10的發(fā)射角在30～70°之間，OMM的接收角約為30°，如果機(jī)床的運(yùn)動(dòng)可能會(huì)致使遮擋，則需安裝第二臺(tái)OMM，以保證系統(tǒng)信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?，MI12備有第二OMM接口。MP10內(nèi)裝有標(biāo)準(zhǔn)PP3型9VDC儀表電池，可發(fā)送測(cè)量開(kāi)關(guān)量信號(hào)，OMM的接收信號(hào)通過(guò)接口單元MI12隔離處理送到CNC系統(tǒng)。
1．2        MP10
MP10的OMP上有10個(gè)指示燈，其中3個(gè)黑色燈為接收燈，6個(gè)透明燈為發(fā)送燈，另1只為探針狀態(tài)指示燈。狀態(tài)燈處于綠色閃爍／紅色閃爍／紅色狀態(tài)分別表示探針就緒／觸發(fā)／電池電壓低。
松開(kāi)安裝探針端的固定螺絲，開(kāi)蓋后可見(jiàn)3位選項(xiàng)設(shè)置DIP開(kāi)關(guān)，一般情況下保持雷尼紹出廠設(shè)置（ON/OFF/OFF）即可。
安裝好電池、探針和刀柄，使之成為整體。探針頸部一段為撞擊保護(hù)段，當(dāng)遇強(qiáng)外力撞擊時(shí)，該段首先折斷，以保護(hù)探針不受損，安裝時(shí)應(yīng)小心操作，訂貨時(shí)可另訂1～2件。
1．3        OMM
OMM上有6個(gè)指示燈，其中上排左邊紅色燈指示電源正常，右邊綠色燈指示正在接收探針信號(hào)，中間的三個(gè)燈為反饋發(fā)送燈，當(dāng)MI12發(fā)送啟動(dòng)／出錯(cuò)／復(fù)位信號(hào)時(shí)，下排的一個(gè)黃色燈亮。
打開(kāi)OMM面板，可看到右側(cè)有3位DIP設(shè)置開(kāi)關(guān)，用于設(shè)置OMM的接收／發(fā)射角，通常設(shè)置ON/OFF/OFF對(duì)應(yīng)接收／發(fā)射角均為最大值的50％。
1．4        MI12
MI12面板上有4個(gè)指示燈，從左至右分別為出錯(cuò)／電池電壓低／MI就緒／電源指示，并設(shè)置了一個(gè)手動(dòng)啟動(dòng)觸發(fā)開(kāi)關(guān)。
打開(kāi)MI12后蓋，可見(jiàn)其主板上有兩個(gè)4位DIP設(shè)置開(kāi)關(guān)SW2和SW3，其中SW2各位含義見(jiàn)下表：
 

 
自動(dòng)啟動(dòng)表示只要探針在OMM的視角范圍內(nèi)則啟動(dòng)，PLC控制啟動(dòng)表示通過(guò)M代碼或按鈕信號(hào)觸發(fā)啟動(dòng)。當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)OMM、PLC控制啟動(dòng)、出錯(cuò)NO輸出時(shí)應(yīng)設(shè)置SW2為A/B/C/D。SW3用于設(shè)置端子14－15和23－24的輸出類(lèi)型，通常情況下設(shè)置SW3為A/B/C/D分別對(duì)應(yīng)端子輸出為探針狀態(tài)NO／NC。
MI12的端子連接如圖2所示： 


端子14－15信號(hào)通過(guò)西門(mén)子840D的電纜分配盒接入，23－24可不接。也可以只接23－24端子，不接14－15端子。反應(yīng)在CNC中的信號(hào)狀態(tài)相反。
1．5        CNC
    對(duì)于西門(mén)子840D來(lái)說(shuō)，NCU的37針端口X121用于連接手輪、探針等，其中X10和X5分別用于連接探針1和探針2。
系統(tǒng)連接正常后，使MI12上電，啟動(dòng)探針，探針1／2的測(cè)量輸入可以通過(guò)PLC中的DB10.DBX107.0和DB10.DBX107.1監(jiān)控。若接入的是探針狀態(tài)NO，則正常時(shí)該點(diǎn)為“0”，探針觸發(fā)時(shí)為“1”，若接入的是NC信號(hào)，則其狀態(tài)相反。
 
2．  系統(tǒng)設(shè)置
測(cè)頭系統(tǒng)的調(diào)試應(yīng)安排在CNC系統(tǒng)完全正常、相關(guān)軸均運(yùn)行正常后，在進(jìn)行有關(guān)測(cè)頭系統(tǒng)的設(shè)置和測(cè)量循環(huán)安裝之前，應(yīng)對(duì)CNC系統(tǒng)的機(jī)床參數(shù)、MMC設(shè)置、PLC程序進(jìn)行數(shù)據(jù)備份，避免因內(nèi)存重新分配等引起數(shù)據(jù)丟失。
2．1 參數(shù)設(shè)置
除開(kāi)盡量不用R0～R33內(nèi)部變量外，還需要重新分配系統(tǒng)內(nèi)存以支持測(cè)頭循環(huán)的全程參數(shù)。相關(guān)的MD參數(shù)有：

參數(shù)MD28040的值（單位kByte）除以MD18242的值（單位Byte）所得的商是循環(huán)子程序允許嵌套的級(jí)數(shù)，測(cè)頭循環(huán)需要最少3～4級(jí)嵌套，如根據(jù)推薦值計(jì)算所得的商為6.1。
2．2 變量定義
測(cè)頭循環(huán)需要使用一些全局變量，對(duì)于測(cè)量工件或測(cè)量刀具來(lái)說(shuō)，其需要的變量不同，需分別進(jìn)行定義。
以下是一個(gè)帶打印選項(xiàng)功能的工件測(cè)量測(cè)頭系統(tǒng)全局變量定義的內(nèi)容：
%_N_UGUD_DEF
DEF NCK REAL RENC[50]
DEF NCK REAL RENE[20]
DEF NCK REAL RENP[66]
DEF NCK STRING[32] RENTL
DEF NCK BOOL RPRN[9]
DEF NCK INT RCYCTYP
DEF NCK AXIS AXV[5]
其中第6、7行專(zhuān)為打印選項(xiàng)功能而設(shè)，若不需要打印功能，則可不定義。變量定義可在UGUD中，也可以在GUD4～GUD9中，變量定義完成后，可在“參數(shù)”內(nèi)看到已定義的除AXV［5］以外的變量。
要定義變量，先根據(jù)以上內(nèi)容生成一個(gè)變量文件，如RENISHAW.0C。然后啟動(dòng)CNC系統(tǒng)，進(jìn)入840D的MMC主畫(huà)面，按“服務(wù)”     “數(shù)據(jù)選擇”     “NC－生效－數(shù)據(jù)”，選擇“用戶數(shù)據(jù)”     “全局用戶數(shù)據(jù)”      “全局用戶數(shù)據(jù)3”（對(duì)應(yīng)UGUD、SGUD、MGUD、GUD4～GUD7），然后按右側(cè)豎向軟鍵“磁盤(pán)”，選擇RENISHAW.0C文件并啟動(dòng)讀入到定義目錄中，此時(shí)可在“定義”
中看到增加了一個(gè)UGUD。將光標(biāo)移到UGUD上，按“數(shù)據(jù)管理”并激活。此時(shí)打開(kāi)“參數(shù)”    “用戶數(shù)據(jù)”     “UGUD”，可見(jiàn)定義的變量。
2．3 測(cè)頭循環(huán)安裝
隨探針一起供貨的軟件為四個(gè)文件，其中3個(gè)文件為循環(huán)子程序文件，文件名分別為40140077/78/79.0C。
將裝有循環(huán)文件的軟盤(pán)插入系統(tǒng)軟驅(qū)，啟動(dòng)CNC系統(tǒng)，進(jìn)入840D的MMC主畫(huà)面，按“服務(wù)”     “數(shù)據(jù)輸入”     “子程序”，按右側(cè)豎向軟鍵“磁盤(pán)”，選擇相應(yīng)的*.0C文件并啟動(dòng)讀入到子程序目錄中，此時(shí)可在“程序”
“子程序”中看到許多名為L(zhǎng)9***的子程序。
3．  測(cè)頭循環(huán)
根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用需要將部分循環(huán)裝入NCU，以隨時(shí)調(diào)用，下面將幾個(gè)主要循環(huán)的功能及其使用方法作簡(jiǎn)要闡述。
運(yùn)行測(cè)頭循環(huán)之前，應(yīng)運(yùn)行L9800進(jìn)行初始化，然后運(yùn)行校準(zhǔn)循環(huán)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)完成后就可以進(jìn)行測(cè)量工作。
3．1 校準(zhǔn)循環(huán)
    主要介紹L9801～L9803，對(duì)于需要用到矢量測(cè)量功能的系統(tǒng)，還要用到L9804。
3．1．1  L9801
L9801用于校準(zhǔn)主軸端面以外的探針長(zhǎng)度。將探針作為一把刀具來(lái)看待，該循環(huán)的作用是校準(zhǔn)并設(shè)置“刀具”長(zhǎng)度磨損量。
執(zhí)行該校準(zhǔn)前應(yīng)準(zhǔn)備一個(gè)平面，并測(cè)量該平面到主軸端面的距離z，并預(yù)留一個(gè)空刀號(hào)t作為探針的“刀具”號(hào)。
調(diào)用格式：R26＝z  R20=t
          L9801
將探針移至平面上方，執(zhí)行程序。
運(yùn)行結(jié)果：Z軸移動(dòng)至平面，觸碰后快速返回至停止位，再慢速下降，觸碰后快速返回至起始位，輸出探針長(zhǎng)度值到刀號(hào)t的參數(shù)。
3．1．2  L9802
L9802用于校準(zhǔn)主軸X、Y方向的偏移。執(zhí)行前應(yīng)準(zhǔn)備一個(gè)已知內(nèi)徑d的圓環(huán)或一個(gè)已知外徑d的凸起圓柱體。
調(diào)用格式：R7＝d  [R26=z]
          L9802
[]內(nèi)參數(shù)為可選項(xiàng)，對(duì)于圓柱體來(lái)說(shuō)需設(shè)置，它告訴系統(tǒng)在圓柱體的哪個(gè)高度位置測(cè)試。將探針置于圓環(huán)內(nèi)部或圓柱上方某一位置，執(zhí)行程序。
運(yùn)行結(jié)果：
1．圓環(huán)：探針在圓環(huán)內(nèi)分別在X、Y方向移動(dòng)兩個(gè)來(lái)回；
圓柱：探針平移超過(guò)d值后下行至z處反向，觸碰后返回，然后從另一個(gè)方向觸碰圓柱體。從另一個(gè)方向重復(fù)一次.
2．輸出X、Y方向的偏移值分別存到變量RENP[2]和RENP[3]中。
3．1．3  L9803
L9803用于校準(zhǔn)探針球體的半徑。準(zhǔn)備工作同L9802。
調(diào)用格式：R7=d  [R26=z  R19=s]
          L9803
其中s為零偏號(hào)：0對(duì)應(yīng)G500，1～4 對(duì)應(yīng)G54～G57，5～99對(duì)應(yīng)G505～G599。
運(yùn)行結(jié)果：
1．同L9802
2．輸出X、Y方向的球半徑分別存到變量RENP[0]和RENP[1]中。
3．2 測(cè)量循環(huán)
3．2．1  L9811
L9811用于測(cè)量X、Y、Z方向單平面測(cè)量，以確定該平面的尺寸或位置。
調(diào)用格式：R24=x或R25=y或R26=z [R8=e R9=f R11=h R13=m R17=q R19=s R20=t R21=u R22=v]
          L9811
根據(jù)測(cè)量的平面對(duì)象設(shè)置R24或R25或R26，其值為探針至該平面的X或Y 或Z方向的距離估計(jì)值。[]中參數(shù)為可選項(xiàng)，根據(jù)需要設(shè)置。
運(yùn)行結(jié)果：將被測(cè)量平面X或Y或Z方向的位置和尺寸分別存放在變量RENC[35]或RENC[36]或RENC[37]和RENC[38]中。如果測(cè)量有錯(cuò)誤，則輸出到變量RENC[40]~RENC[47]分別表示X/Y/Z/尺寸/方向等錯(cuò)誤。
3．2．2  L9812
L9812用于凸臺(tái)或方腔測(cè)量，以確定凸臺(tái)或方腔的位置和尺寸。其常見(jiàn)測(cè)量方式有如圖3中所示三種，其調(diào)用格式分別是：
方式一：R24=x或R25=y
        L9812
方式二／三：R24=x或R25=y  R26=z  R18=r
L9812
其中x和y分別為X和Y方向尺寸的估計(jì)值，z是測(cè)量點(diǎn)的Z向位置值，r是設(shè)定一個(gè)保護(hù)距離。如果需定義零偏、刀號(hào)等，還有一些可選參數(shù)需設(shè)置。圖中的箭頭表示探針的移動(dòng)方向。
運(yùn)行結(jié)果：探針沿箭頭方向移動(dòng)，觸碰后返回，并最終將被測(cè)量體X或Y方向的位置和尺寸分別存放在變量RENC[35]或RENC[36]和RENC[38]中。如果測(cè)量有錯(cuò)誤，則輸出到變量RENC[40]~RENC[47]分別表示X/Y/Z/尺寸等錯(cuò)誤。

3．2．3  L9814
L9814用于凸起圓柱體或圓孔的測(cè)量。，以確定其位置和尺寸。其常見(jiàn)測(cè)量方式有如圖4中所示三種，其調(diào)用格式分別是：
方式一：R7=d
        L9814
方式二／三：R7=d  R26=z  R18=r
L9814
其中d為直徑的估計(jì)值，z是測(cè)量點(diǎn)的Z向位置值，r是設(shè)定一個(gè)保護(hù)距離。如果需定義零偏、刀號(hào)等，還有一些可選參數(shù)需設(shè)置。圖中的箭頭表示探針的移動(dòng)方向。

運(yùn)行結(jié)果：探針沿箭頭方向移動(dòng)，觸碰后返回，并最終將被測(cè)量體X和Y方向的位置和直徑值分別存放在變量RENC[35]、RENC[36]和RENC[38]中。如果測(cè)量有錯(cuò)誤，則輸出到變量RENC[40]~RENC[47]分別表示X/Y/Z/尺寸等錯(cuò)誤。 
測(cè)量循環(huán)還有L9815、L9816等，分別用于測(cè)量?jī)?nèi)角和外角等，這里就不一一贅述。希望通過(guò)文中的部分應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)交流，起到拋磚引玉的效果，從而提高測(cè)頭系統(tǒng)在數(shù)控系統(tǒng)中的應(yīng)用效率。