對角度誤差不敏感的體對角線位移測量方法

我們用光動(dòng)公司的MCV-500型LDDM加上分步對角線測量附件SD-500的激光校準(zhǔn)系統(tǒng)。為方便調(diào)整在體對角線方向的激光束，用了一個(gè)萬向折光鏡。激光頭安裝在垂直加工中心（VMC）的工作臺(tái)上。3″×4″（75×100mm）的平面鏡安裝在主軸上，其表面垂直于激光束。測量空氣溫度和壓力以補(bǔ)償激光頻率的變化，測量機(jī)器溫度以補(bǔ)償材料熱膨脹。

共需要四次設(shè)置，即四條對角線的方向PPP，NPP，PNP及NNP各一次。主軸從一端移動(dòng)到對角位置是由程序控制的。每一步的測量數(shù)據(jù)是由LDDM軟件自動(dòng)采集。此軟件分析數(shù)據(jù)并自動(dòng)計(jì)算出每軸的誤差。

這樣采集到二套體對角線位移數(shù)據(jù)，一套沒有體積補(bǔ)償，另一套有體積補(bǔ)償。帶有體積補(bǔ)償?shù)拿枯S的直線位移誤差就出來了?；跍y量得到的分步對角線數(shù)據(jù)，包括三個(gè)位移誤差、六個(gè)直線度誤差以及三個(gè)垂直度誤差的體積定位誤差就測量得到了。這就可以自動(dòng)產(chǎn)生體積補(bǔ)償文件。

測量得到的垂直度誤差是XY=-5.72弧秒，YZ=1.73弧秒，ZX=3.47弧秒。測量得到了X、Y、Z軸的直線位移誤差、垂直方向的直線度誤差及水平方向的直線度誤差。對于X軸，最大的垂直直線度誤差（在Y方向的偏離）是0.00035″（0.009mm）；最大的水平直線度誤差（在Z方向的偏離）是-0.0005″（-0.0127mm）；最大的位移誤差是-0.0005″（-0.0127mm）。

對于Y軸，最大的垂直直線度誤差（在X方向的偏離）是0.0002″/-0.0004″（0.0051mm/-0.0102mm）；最大的水平直線度誤差（在Z方向的偏離）是0.0035″/-0.004″（0.0889mm/-0.0102mm）；最大的位移誤差是-0.0013″（-0.0330mm）。
對于Z軸，最大的垂直直線度誤差（在X方向的偏離）是0.0005″（0.0127mm）；最大的水平直線度誤差（在Y方向的偏離）是0.00055″（0.0140mm）；最大的位移誤差是-0.0015″（-0.0381mm）。

按ASMEB5.54或ISO230-6，測量得到的沒有補(bǔ)償?shù)捏w對角線位移最大誤差是0.003"（0.0762mm）。使用分步對角線數(shù)據(jù)以及計(jì)算得到的體積定位誤差，為Fanuc16i控制器產(chǎn)生了直線度誤差補(bǔ)償表。用了體積補(bǔ)償后每軸的直線位移誤差就測量出來了。X、Y、Z軸的最大誤差分別為0.0002″（0.0051mm），0.0001″（0.00254mm）和0.0001″（0.00254mm），這些誤差遠(yuǎn)比沒有體積補(bǔ)償要小。體積補(bǔ)償后，垂直度誤差是XY=-0.05弧秒，YZ=-3.7弧秒，ZX=-0.32弧秒。垂直度誤差大大小于體積補(bǔ)償前。體積補(bǔ)償后，最大的體對角線位移誤差是0.0006″（0.0152mm），有了500%的改進(jìn)。

結(jié)論

由于體對角線位移測量方法對于角度誤差是不敏感的，所以這只是一種快速體積定位誤差，包括三個(gè)位移誤差、六個(gè)直線度誤差以及三個(gè)垂直度誤差測量的好方法；分步對角線測量方法采集了12套數(shù)據(jù)，以解決所有9個(gè)直線誤差和3個(gè)垂直度誤差。測量得到的體積定位誤差可以用來產(chǎn)生體積補(bǔ)償文件，可以大大降低體對角線位移誤差。該方法使得數(shù)控加工中心或者三坐標(biāo)測量機(jī)的校準(zhǔn)和補(bǔ)償更經(jīng)濟(jì)可行，更實(shí)用、更必要了。