雷尼紹MP10／OMP60測頭系統在西門子840D中的應用

內容提要：詳細闡述了雷尼紹MP10／OMP60測頭系統結合西門子840D數控系統實現工件／刀具測量的方法，包括硬件連接、軟件設置、參數設置和測量循環的應用。
關鍵詞： 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測頭系統是雷尼紹公司近年推出性價比較高的通用性測頭產品，在國內的安裝量近千套，它與數控系統的連接應用可以實現工件測量、刀具測量功能，可以縮短90％的在機輔助時間，并消除了因手動檢測和找正工件而導致的工件報廢，在數控機床及制造業自動化系統中廣泛應用，是智能化制造系統的眼睛。
OMP60測頭可兼容于MP10，它采用最先進的調制光學傳輸方法，配置OMI-2集成接口接收器后，具有極強的抗光干擾能力。本文就MP10探針結合西門子840D數控系統應用測量功能實現的方法進行闡述，為同類型的應用提供借鑒，對以下的描述同樣適用于OMP60。
1．  硬件連接
1．1        系統構成
MP10測頭系統硬件由探針、光學接收模塊OMM、MI12接口單元組成，將它的測量脈沖接入CNC的高速測量接口，使系統融于一體。一種用于測量工件的MP10測頭系統連接示意如圖1：

MP10上的OMP二極管指示與OMM之間通過紅外線傳輸，二者之間的距離最好在3米之內，最大距離不可超過6米。MP10的發射角在30～70°之間，OMM的接收角約為30°，如果機床的運動可能會致使遮擋，則需安裝第二臺OMM，以保證系統信號傳輸的可靠性，MI12備有第二OMM接口。MP10內裝有標準PP3型9VDC儀表電池，可發送測量開關量信號，OMM的接收信號通過接口單元MI12隔離處理送到CNC系統。
1．2        MP10
MP10的OMP上有10個指示燈，其中3個黑色燈為接收燈，6個透明燈為發送燈，另1只為探針狀態指示燈。狀態燈處于綠色閃爍／紅色閃爍／紅色狀態分別表示探針就緒／觸發／電池電壓低。
松開安裝探針端的固定螺絲，開蓋后可見3位選項設置DIP開關，一般情況下保持雷尼紹出廠設置（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段，當遇強外力撞擊時，該段首先折斷，以保護探針不受損，安裝時應小心操作，訂貨時可另訂1～2件。
1．3        OMM
OMM上有6個指示燈，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，中間的三個燈為反饋發送燈，當MI12發送啟動／出錯／復位信號時，下排的一個黃色燈亮。
打開OMM面板，可看到右側有3位DIP設置開關，用于設置OMM的接收／發射角，通常設置ON/OFF/OFF對應接收／發射角均為最大值的50％。
1．4        MI12
MI12面板上有4個指示燈，從左至右分別為出錯／電池電壓低／MI就緒／電源指示，并設置了一個手動啟動觸發開關。
打開MI12后蓋，可見其主板上有兩個4位DIP設置開關SW2和SW3，其中SW2各位含義見下表：
 

 
自動啟動表示只要探針在OMM的視角范圍內則啟動，PLC控制啟動表示通過M代碼或按鈕信號觸發啟動。當使用標準OMM、PLC控制啟動、出錯NO輸出時應設置SW2為A/B/C/D。SW3用于設置端子14－15和23－24的輸出類型，通常情況下設置SW3為A/B/C/D分別對應端子輸出為探針狀態NO／NC。
MI12的端子連接如圖2所示： 


端子14－15信號通過西門子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。反應在CNC中的信號狀態相反。
1．5        CNC
    對于西門子840D來說，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。
系統連接正常后，使MI12上電，啟動探針，探針1／2的測量輸入可以通過PLC中的DB10.DBX107.0和DB10.DBX107.1監控。若接入的是探針狀態NO，則正常時該點為“0”，探針觸發時為“1”，若接入的是NC信號，則其狀態相反。
 
2．  系統設置
測頭系統的調試應安排在CNC系統完全正常、相關軸均運行正常后，在進行有關測頭系統的設置和測量循環安裝之前，應對CNC系統的機床參數、MMC設置、PLC程序進行數據備份，避免因內存重新分配等引起數據丟失。
2．1 參數設置
除開盡量不用R0～R33內部變量外，還需要重新分配系統內存以支持測頭循環的全程參數。相關的MD參數有：

參數MD28040的值（單位kByte）除以MD18242的值（單位Byte）所得的商是循環子程序允許嵌套的級數，測頭循環需要最少3～4級嵌套，如根據推薦值計算所得的商為6.1。
2．2 變量定義
測頭循環需要使用一些全局變量，對于測量工件或測量刀具來說，其需要的變量不同，需分別進行定義。
以下是一個帶打印選項功能的工件測量測頭系統全局變量定義的內容：
%_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行專為打印選項功能而設，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”內看到已定義的除AXV［5］以外的變量。
要定義變量，先根據以上內容生成一個變量文件，如RENISHAW.0C。然后啟動CNC系統，進入840D的MMC主畫面，按“服務”     “數據選擇”     “NC－生效－數據”，選擇“用戶數據”     “全局用戶數據”      “全局用戶數據3”（對應UGUD、SGUD、MGUD、GUD4～GUD7），然后按右側豎向軟鍵“磁盤”，選擇RENISHAW.0C文件并啟動讀入到定義目錄中，此時可在“定義”
中看到增加了一個UGUD。將光標移到UGUD上，按“數據管理”并激活。此時打開“參數”    “用戶數據”     “UGUD”，可見定義的變量。
2．3 測頭循環安裝
隨探針一起供貨的軟件為四個文件，其中3個文件為循環子程序文件，文件名分別為40140077/78/79.0C。
將裝有循環文件的軟盤插入系統軟驅，啟動CNC系統，進入840D的MMC主畫面，按“服務”     “數據輸入”     “子程序”，按右側豎向軟鍵“磁盤”，選擇相應的*.0C文件并啟動讀入到子程序目錄中，此時可在“程序”
“子程序”中看到許多名為L9***的子程序。
3．  測頭循環
根據系統實際應用需要將部分循環裝入NCU，以隨時調用，下面將幾個主要循環的功能及其使用方法作簡要闡述。
運行測頭循環之前，應運行L9800進行初始化，然后運行校準循環對系統進行校準，校準完成后就可以進行測量工作。
3．1 校準循環
    主要介紹L9801～L9803，對于需要用到矢量測量功能的系統，還要用到L9804。
3．1．1  L9801
L9801用于校準主軸端面以外的探針長度。將探針作為一把刀具來看待，該循環的作用是校準并設置“刀具”長度磨損量。
執行該校準前應準備一個平面，并測量該平面到主軸端面的距離z，并預留一個空刀號t作為探針的“刀具”號。
調用格式：R26＝z  R20=t
          L9801
將探針移至平面上方，執行程序。
運行結果：Z軸移動至平面，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，輸出探針長度值到刀號t的參數。
3．1．2  L9802
L9802用于校準主軸X、Y方向的偏移。執行前應準備一個已知內徑d的圓環或一個已知外徑d的凸起圓柱體。
調用格式：R7＝d  [R26=z]
          L9802
[]內參數為可選項，對于圓柱體來說需設置，它告訴系統在圓柱體的哪個高度位置測試。將探針置于圓環內部或圓柱上方某一位置，執行程序。
運行結果：
1．圓環：探針在圓環內分別在X、Y方向移動兩個來回；
圓柱：探針平移超過d值后下行至z處反向，觸碰后返回，然后從另一個方向觸碰圓柱體。從另一個方向重復一次.
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用于校準探針球體的半徑。準備工作同L9802。
調用格式：R7=d  [R26=z  R19=s]
          L9803
其中s為零偏號：0對應G500，1～4 對應G54～G57，5～99對應G505～G599。
運行結果：
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 測量循環
3．2．1  L9811
L9811用于測量X、Y、Z方向單平面測量，以確定該平面的尺寸或位置。
調用格式：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
根據測量的平面對象設置R24或R25或R26，其值為探針至該平面的X或Y 或Z方向的距離估計值。[]中參數為可選項，根據需要設置。
運行結果：將被測量平面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。如果測量有錯誤，則輸出到變量RENC[40]~RENC[47]分別表示X/Y/Z/尺寸/方向等錯誤。
3．2．2  L9812
L9812用于凸臺或方腔測量，以確定凸臺或方腔的位置和尺寸。其常見測量方式有如圖3中所示三種，其調用格式分別是：
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方向尺寸的估計值，z是測量點的Z向位置值，r是設定一個保護距離。如果需定義零偏、刀號等，還有一些可選參數需設置。圖中的箭頭表示探針的移動方向。
運行結果：探針沿箭頭方向移動，觸碰后返回，并最終將被測量體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。如果測量有錯誤，則輸出到變量RENC[40]~RENC[47]分別表示X/Y/Z/尺寸等錯誤。

3．2．3  L9814
L9814用于凸起圓柱體或圓孔的測量。，以確定其位置和尺寸。其常見測量方式有如圖4中所示三種，其調用格式分別是：
方式一：R7=d
        L9814
方式二／三：R7=d  R26=z  R18=r
L9814
其中d為直徑的估計值，z是測量點的Z向位置值，r是設定一個保護距離。如果需定義零偏、刀號等，還有一些可選參數需設置。圖中的箭頭表示探針的移動方向。

運行結果：探針沿箭頭方向移動，觸碰后返回，并最終將被測量體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。如果測量有錯誤，則輸出到變量RENC[40]~RENC[47]分別表示X/Y/Z/尺寸等錯誤。 
測量循環還有L9815、L9816等，分別用于測量內角和外角等，這里就不一一贅述。希望通過文中的部分應用經驗交流，起到拋磚引玉的效果，從而提高測頭系統在數控系統中的應用效率。