0.引言
隨著現代工業技術的發展，數控機床的應用越來越廣泛，使得產品的加工精度有了極大的提高。在這種形勢下，傳統的測量工具及測量方法已不能滿足檢測需求。在精密測量中，三坐標測量機扮演了重要角色。然而由於三坐標測量機價格昂貴，絕大多數中小型企業無能力購買使用。考慮到NC機床結構上與三坐標測量機相似，有可能利用其進行坐標測量。數控機床和三坐標測量機均是機電一體化的數字控制自動化機械。數控機床是將被加工對象進行數字化處理，然後，利用數字信息進行控制，從而加工出合格產品。而三坐標測量機則是在已加工好的產品上，利用測頭與工件型面接觸測得一系列點的坐標值，進而計算出尺寸、形位誤差值的測量設備。數控機床與三坐標測量機均利用坐標軸移動實現自身功能。基於這一共同點，本文試圖在不改變數控機床CNC控制系統的條件下（直接從CNC經光電隔離得到X、Y、Z二進位數值，必須改變機床CNC系統） ,將數控機床功能加以擴展，附加適當裝置組成檢測系統，實現利用數控機床進行測量的功能。
1.總體方案
本文設計的檢測系統是利用數控機床及其控制系統，附加測頭、攝像頭、控制盒、計算機等裝置組成的檢測系統，其組成如圖1所示。利用這個系統進行測量，其工作原理是利用攝像頭捕捉數控機床屏幕上顯示有坐標值的圖像畫面，再對捕捉到的圖像進行處理，識別出坐標數值，間接得到被測點坐標，並在此基礎上求得尺寸、形位誤差值， 以完成數據採集與數據處理， 實現精密測量的功能。
本文選用的檢測系統， 是完全獨立於機床之外的附加檢測裝置，對機床本身的性能沒有影響。它是在不改變機床本體和原有功能的基礎上， 利用機床的X、Y、Z坐標移動性能，將刀具換成測量頭測出工件上某點的位置。例如， 要測量工件上A 點到B 點的距離，就相當於用對刀的方法確定A 點坐標（ xA , yA ,zA ） 、B 點坐標（ xB , yB , zB ） , 則A、B 兩點的距離為d =√x2 y2 z2 ,其中x = xA - xB ; y = yA - yB ; z = zA - zB 。顯然，這是一種通過測量點的坐標獲取測量結果的方法。
2.硬體配置
系統的硬體包括測量頭、控制盒及攝像頭。
2.1 測頭
測頭的基本功能是觸發、瞄準和過零發訊。
測頭分為機械式、光電式、電氣式三種。測頭性能的好壞，決定著測量方式的難易、測量精度的高低。本文選用我國生產的應用極為廣泛的硬線連接式導電式測頭，它屬於接觸式測頭，為通用型球頭測頭，能測定高度、槽寬、孔徑和輪廓形狀等。使用時，可以將測頭半徑和測出的數據輸入到計算機中進行數據處理，然後自動輸出被測值。測量方便、準確，易操作。
2.2 控制盒
控制盒是本測量系統重要的硬體配置，是實現測量控制和數控機床與測量系統介面的關鍵裝置。其性能的好壞直接影響測量系統的功能和可靠性。從測量系統的功能完善和先進性、實用性考慮，控制盒的核心控制部分選用80C51單片機與8255A介面晶元，通過編程實現測量系統的控制與通訊。控制盒工作過程如圖2所示。當觸頭接觸工件時，產生觸發信號，觸發器D接收到低電平信號，向單片機發出中斷請求，通過程序實現延時功能，並通過8255A介面，使繼電器1接通，打開攝像頭，進行拍照。拍照完畢，繼電器1斷開，繼電器2接通，控制伺服系統動作進行下一次測量。
2.3 攝像頭
將數控機床屏幕上帶有坐標值的圖像導入到計算機中，需要圖像採集裝置。本文選用的是Logitech快看視訊版TM網路攝像頭，它具有高質量CMOS感應器，其靜態和動態解析度均達到640 ×480 像素（VGA） 。幀速度為：最高30幀/秒，圖像清晰，可以滿足測量系統的要求。
3.軟體設計
軟體設計的兩個關鍵內容是字元識別及數據處理。
3.1 字元識別
從數控機床屏幕圖像中獲取的坐標數值，首先須將攝像頭拍到的圖片文件轉化為計算機可以處理的文本信息，此過程需要通過字元識別技術完成。字元識別演算法分為三種： 模板匹配法、特徵法和筆畫結構法。由於需識別的字元種類少，本文開發的軟體系統中用了模板匹配法及特徵法，藉助VB編程實現。
