激光快速标定机床

HEATS · 发表于 2010-10-22 08:27:54

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　　安装、标定及验证机床性能非常耗时间，干涉技术可精确描绘钻床磨床等机床，以评估机床误差。主轴震动分析仪及球杆仪可评估机床动态性能。但是象用于航空行业的高端机器设备非常复杂，安装以及完全的尺寸测量需要几个星期，仅仅干涉测量也需要几天的时间。

　　相对新的基于激光的方法比干涉测量在节省时间上有了实质突破，而不减少测量精度。该技术有望在标定坐标测量设备、切削机床及其它类似设备上提高效率。

　　设计独特

　　“什么使得这项技术不同于众呢？那就是每轴一次安装一次运行，系统可以测得5个机床特性：线性定位精度、俯仰角、偏摆角、以及X、Y直线度。”此项技术的发明人，位于马里兰州Gaithersburg城的API公司总裁Kam Lau博士如是说。

　　“我们可以从两个方面看待挑战，”Kam Lau说，“第一，向长期使用传统仪器的用户展示我们的仪器可节省时间，并且不需要经过培训的测量专家来操作。第二，要让行业团体确信，一般如果方法得当，质量控制不但不是浪费，还可以提供实质性的回报。”

　　5D激光测量系统的核心是一个传感器，还有分光镜、反光镜、四分传感器以及干涉仪(如图1)。偏振器/分光镜把波长632.9nm的激光光束分出一束测量光束(如图2)，测量光束前进射到固定在工件上正在运动的5D传感器上，然后从传感器反射回来，经过分光镜和反光镜，和光相测头部位的参考信号合并，合并信号产生干涉条纹，光相测头以每八个干涉条纹作为增量计算条纹个数以确定距离，标准的测量分辨力是160nm，标准精度是1ppm，但超高精度(0.1 - 0.2 ppm可选)也可提供，重要前提是标准精度需要36000美元，超高精度需要57000美元。

　　波音航空公司执行DT-9000国际制造标准，FFA也按照这个标准进行认证。没有FAA的认证，波音及其它机身制造商就无法生产。为继续保留认证，波音每两年都要经过Air Worthiness的评审，评审过程中，FAA要检查每个关键机床的机床误差评估报告，波音内部也有每九个月一次的对其机床误差评估校验。

　　去年年初波音开始在其华盛顿Renton工厂试用这项技术，为研究新技术比传统评估方法潜在的时间节省，该公司通过在同一台机床上利用5D激光测量系统和其它干涉工具进行背靠背测量，不但精度和精密结果符合室内设备指标，而且5D激光测量系统只需用传统方法所需时间的三分之一：典型测量是每轴测量需要3个小时，而传统设备需要9个小时。

　　更重要的是，据Auburn设备主管Carl Campen说，5D系统简单易用，许多机床操作人员都可以在他们的机器上检查机床安装性能，而不需任何测量专家的帮助。

　　波音现在鼓励测量先前没有测量过的机床，公司显然确信讨论务实的机床综合性能测试的收益及时间消耗是没有意义的，官方说他们正在计划更广泛的综合误差评估项目

　　每几个GM模具成型设备中就有一个，利用5D系统作为标定工具(包括机械的球杆仪、水平仪、旋转标定设备)的一部分，该设备支持磨光精密模具的数控机床的升级。

　　最初的改型安装中，GM工作人员报告总共节省了80%的咨询时间，并且他们预测，加工后用手工做一些适当的校正，可以节省90%的时间。

　　机床翻新公司从快速误差评估中坐收渔利，其中一个具有丰富经验的这样的公司，原来使用传统的激光测量仪器，很快认识到同时多参数测量固有的节省时间的可能性。接到一个要求广泛测量的机床检修的定单后，该工厂下决定购买一台5D系统，结果是，只用了8个月就完成了过去需要12个月的改型项目，并交付用户使用。

　　仔细评估

　　当然，用于机床静态误差评估的传统光电技术包括Hewlett-Packard及Renishaw制造的干涉设备，它们虽然一次安装只能测量一轴，但它们的定价大约19000美元，比5D系统低很多。

　　毫无疑问，销售上述系统的公司建议在标定应用中，多轴测量系统并不是最好。Cecil Dowdy，Hewlett-Packard的一位应用工程师，注意到如果使用不当误差将进入测量过程中。

　　例如，如果用户沿着工作区的中部只选择一个测量线，角度误差作为乘数就会放大线性误差，由于机床不是完全刚性，所以这些误差可能产生变化。

　　同时移动所有的三个点显示出重量引起的机床结构偏移的动态作用。Dowdy说，“为保证机床满足加工需要，必须进行多轴测量。”【MechNet】

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