检测是产品质量控制中的重要环节， 检测技术的发展对精密制造业有重大的影响。随着数控技术和计算机技术的发展和应用， 在线检测技术越来越受到企业的重视。在线检测具有避免离线检测引起的二次装夹误差、 减少零件搬运时间、 缩短生产周期等优点。因此开展在线检测技术的研究具有重要的意义。为了提高在线检测的精度和效率，应该有针对性的对检测方法进行设计。文章介绍了在线检测工件圆度和直线度这两个规则特征的可行性， 根据数控设备的特点， 确定了对工件进行规则特征检测的方法和步骤。

1 数控设备在线检测的可行性

为数控机床配备一触发式测头系统以及相应的检测程序， 则可构成在线检测系统。该系统将加工和检测集成在一起， 可以实现加工过程中的自动检测。

本在线检测系统主要包括数控机床、 计算机、测头和工件。其实现过程是：首先， 在计算机上生成自动检测代码， 并将检测代码由 RS- 232 串行通讯接口传输给数控机床， 从而使机床伺服系统驱动工作部件， 带动探测头按检测程序要求产生检测动作 ; 其次， 测头在对工件进行检测时发出触发信号， 通过测头与数控系统的专用接口转变为数控系统可识别的信号， 并由数控系统立刻记录测点的坐标， 同时按检测程序执行下一步动作 ; 最后， 在计算机软件系统控制下， 对系统检测结果进行计算、 补偿、 数据库链接及可视化等各项数据处理工作， 直至完成全部检测工作。

在线检测系统把加工与检测过程放在同一台设备上进行， 这样可以避免多次装夹、 重复定位误差及辅助时间长等问题。更重要的是， 其检测过程由数控程序来控制， 可以实现检测的自动化， 是一种基于计算机自动控制的在线检测技术[1]。当前广泛应用在数控机床上的测头是触发式测头， 其具有价格低、 可靠性强、 自身精度高等优点。

2 数控设备在线检测系统

将计算机引入数控机床在线检测是对 “数控机床 + 探测头” 的在线检测系统的补充，利用计算机强大的计算、存储和开发能力， 通过软件技术提高自动检测的精度、 效率和可操作性， 可实现测量过程和测量结果的可视性， 从而使数控机床在线检测技术提高到新的水平。

3 直线度公差的定义

3.1 直线度是指实际被测直线对理想直线的变动量。直线度公差是指其允许的变动量， 它可用来控制表面上一条线在给定的平面内或给定的互相垂直的两个方向上的直线度误差， 或者用来控制同一表面的两个方向上的直线度误差， 或者用来控制一个回转体的轴线的直线度误差。直线度公差也就是限制实际被测直线变动的区域， 按照 GB/T1182-1996[4]的规定， 直线度公差带的形状分为三种情况 ：第一种， 给定平面内， 公差带是距离为公差值 t 的两平行直线之间的区域; 第二种，在给定方向上， 公差带是距离为公差值 t 的两平行平面之间的区域; 第三种， 在任意方向上， 公差带是直径为 t 的圆柱面内的区域，公差值前加注Φ。直线度误差是指实际直线对理想直线的变动量，理想直线的位置应符合最小条件。按照与直线度公差带相对应的原则， 直线度误差分为给定平面内、 给定方向上和任意方向上的直线度误差三种形式。这里研究的直线度就是上面所介绍的任意方向上的直线度， 即空间直线度。

3.2测点的分布及法矢的确定

直线度在线检测的对象是零件表面某一直线段上的若干个点。基于 CAD 在线检测直线度， 需要先构造该直线段， 然后在这直线段的有效线段上合理地分布测点。而构造的直线段往往是在零件表面的某一平面上。

直线段上测点的分布可分为两种形式 ： 无规则与有规则。一般要求直线度在线检测测点的分布要尽量反映出待测工件的几何形状; 同时， 在测点合理分布的条件下， 测点数越多， 测量结果受偶然因素的影响也越小。因此在高精度测量时， 要适当地增加测点数。 直线度公差带原理图测点生成之后， 就要相应的考虑测点的法矢。

测点的法矢要根据测点所在曲面的表面形状来确定。常见的在线检测直线度所分布的测点是在平面上或在圆柱的侧表面上。例如， 平面上测点的法矢就是该平面的法矢 ; 圆柱侧表面上的法矢就是圆柱中心轴到测量的方向。

3.3 路径的规划

测点的位置和法矢都确定后， 接下来是规划路径。为了实现检测工作有序、快速、高效地进行，并且保证在检测过程中测头与工件不发生碰撞， 需要对检测路径进行合理地规划。图 3 是直线度在线检测的路径示意图。为了缩短测头在整个检测过程的移动距离， 检测顺序被确定为先从最边上的点开始。为了提高检测的效率和精度， 把测头的移动速度分为两种 ： 一种是高速， 当测头非近距离接近工件表面时， 测头的移动速度选用高速 ; 另一种是低速， 当测头近距离接近工件表面时， 测头的移动速度选用低速。测头先以测点 P1 的法矢方向， 从测点P1的起始点A1出发， 高速移动到点N1， 然后低速对P1点进行检测。 测点P1检测完之后，测头高速回退移动到回退点B1,然后再移动到P2的检测起始点A2进行P2点的检测。如此， 遵循测量路径， 反复该测量过程直至完成整个检测工作。

3.4 直线度误差的计算

实际检测得到数据是否采样点的偏差值。有了这些数据就可按一定方法进行直线度误差的评定。根据国家标准GB/T11369-1989，任意方向直线度误差是包容实际最小区域圆柱面的直径。