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關(guān)于大型多軸加工中心 

 

生產(chǎn)、加工的過(guò)程中，大型5軸、6軸機(jī)床可能會(huì)由于多方面的因素所產(chǎn)生誤差，致使其加工的產(chǎn)品達(dá)不到預(yù)期精度要求。在對(duì)機(jī)床進(jìn)行調(diào)校、找出并排除這些誤差的過(guò)程中，動(dòng)態(tài)3D空間誤差的評(píng)價(jià)是非常重要的一項(xiàng)；相較傳統(tǒng)的21項(xiàng)靜態(tài)誤差檢測(cè)，3D空間誤差需在動(dòng)態(tài)情況下進(jìn)行高精度的測(cè)量，故而使用傳統(tǒng)的檢測(cè)手段很難實(shí)施。

 

動(dòng)態(tài)3D精度的檢測(cè)&API解決方案

        

傳統(tǒng)的機(jī)床21項(xiàng)誤差測(cè)量方法是用激光干涉儀對(duì)機(jī)床的每個(gè)軸（X、Y、Z）分別進(jìn)行測(cè)量，從而得出每個(gè)軸的線性誤差、角度誤差以及與機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)角誤差（干涉儀與多面棱體配合測(cè)得），但這些測(cè)量所得評(píng)價(jià)均是在靜態(tài)情況下得出的單項(xiàng)誤差，而不能體現(xiàn)出5軸機(jī)床在聯(lián)動(dòng)過(guò)程中的刀具部位的3D空間位置誤差。

 

如果用激光跟蹤儀與普通SMR反射靶球組合進(jìn)行對(duì)5軸機(jī)床空間位置測(cè)量，雖然得到了3D空間位置數(shù)據(jù)，但因受普通SMR靶球的接光口有限的角度限制，其只能得到靜態(tài)的3D空間位置數(shù)據(jù)，從而也只限于靜態(tài)的測(cè)量。

  

圖1：加載于工業(yè)機(jī)器人上的ActiveTarget活動(dòng)靶標(biāo)

 

為突破大型5軸、6軸機(jī)床動(dòng)態(tài)3D空間位置精度測(cè)量的難題，API公司研發(fā)出了3D點(diǎn)動(dòng)態(tài)測(cè)量靶標(biāo) - ActiveTarget活動(dòng)靶標(biāo)（如上圖，以下簡(jiǎn)稱AT活動(dòng)靶標(biāo)）。此AT活動(dòng)靶標(biāo)的工作原理與傳統(tǒng)SMR靶球類似，將跟蹤儀激光經(jīng)由反射鏡體反射回跟蹤儀完成空間位置測(cè)量，其特別之處在于AT靶標(biāo)橫、縱兩方向有驅(qū)動(dòng)電機(jī)，具備自動(dòng)定位反射靶的能力，相當(dāng)于是一個(gè)機(jī)動(dòng)化的SMR。

 

AT活動(dòng)靶標(biāo)的優(yōu)勢(shì)在于：不管激光束在空間中處于什么方位以及是否移動(dòng)，AT活動(dòng)靶標(biāo)會(huì)始終鎖定激光束，即便在快速而任意的移動(dòng)測(cè)量中，也不會(huì)導(dǎo)致與激光跟蹤儀之間發(fā)生“斷光"；故而在使用AT活動(dòng)靶標(biāo)配合檢測(cè)運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)的目標(biāo)體時(shí)，無(wú)需人為干預(yù)，即可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)整個(gè)流程的連貫測(cè)量，在動(dòng)態(tài)情況下，高效完成3D位置坐標(biāo)的采集。

 

AT活動(dòng)靶標(biāo)的問(wèn)世，使得大型5軸、6軸機(jī)床的動(dòng)態(tài)3D空間位置精度測(cè)量得以實(shí)現(xiàn)。

 

5軸機(jī)床3D動(dòng)態(tài)測(cè)量需求與要點(diǎn)

 

5軸機(jī)床刀頭部位在規(guī)劃路徑下進(jìn)行動(dòng)態(tài)運(yùn)行，測(cè)得在動(dòng)態(tài)運(yùn)行軌跡下的點(diǎn)的位置坐標(biāo)，并實(shí)現(xiàn)：

 

1）、將測(cè)得的動(dòng)態(tài)點(diǎn)位坐標(biāo)與機(jī)床理論運(yùn)行數(shù)模軌跡比較，查看其空間誤差值；

2）、將動(dòng)態(tài)軌跡點(diǎn)進(jìn)行投影后得出對(duì)應(yīng)點(diǎn)位刀具空間擺動(dòng)角度值，并與理論值比較，得出動(dòng)態(tài)擺角誤差；

3）、將動(dòng)態(tài)軌跡點(diǎn)在三相限平面內(nèi)投影，查看各軸間運(yùn)行過(guò)程中的動(dòng)態(tài)匹配性能。

 

圖2：Radian激光跟蹤儀&ActiveTarget活動(dòng)靶標(biāo)配合檢測(cè)多軸機(jī)床動(dòng)態(tài)3D精度作業(yè)中

 

API方案實(shí)施步驟

 

Radian激光跟蹤儀配合AT活動(dòng)靶標(biāo)測(cè)量多軸機(jī)床動(dòng)態(tài)3D精度的實(shí)施步驟如下：

 

① 選擇穩(wěn)定、合適位置將跟蹤儀就位，開(kāi)機(jī)；

② 將AT活動(dòng)靶標(biāo)柱柄夾持到機(jī)床刀頭處，開(kāi)機(jī)，并與跟蹤儀激光對(duì)接；

③ 加持在刀頭處的AT活動(dòng)靶標(biāo)按機(jī)床規(guī)劃路徑進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，跟蹤儀對(duì)運(yùn)動(dòng)中的AT靶標(biāo)位置進(jìn)行連續(xù)實(shí)時(shí)采點(diǎn)，從而得到動(dòng)態(tài)測(cè)量3D空間點(diǎn)云；

④ 通過(guò)軟件對(duì)所得3D點(diǎn)的投影解算，得到所需數(shù)據(jù)，達(dá)到檢測(cè)目的。

  

 圖3：Radian激光跟蹤儀&AT活動(dòng)靶標(biāo)檢測(cè)大型多軸機(jī)床并實(shí)施補(bǔ)償作業(yè)（主圖）以及補(bǔ)償前后的機(jī)床誤差示意圖（左上為補(bǔ)償前；左下為補(bǔ)償后）

 

結(jié)論

 

綜上整個(gè)檢測(cè)流程，整套儀器設(shè)備布置方便、操作簡(jiǎn)單，只要對(duì)Radian跟蹤儀以及AT活動(dòng)靶標(biāo)進(jìn)行幾個(gè)簡(jiǎn)單步驟的安裝就可以開(kāi)始測(cè)量；整個(gè)測(cè)量過(guò)程自動(dòng)、流暢、無(wú)需人為干預(yù)，大幅減少了額外誤差的出現(xiàn)幾率；數(shù)據(jù)分析高效、快捷、并自動(dòng)出具報(bào)告，節(jié)約了時(shí)間和人力成本，為生產(chǎn)提效。

 

圖4：API公司總部大樓

   

關(guān)于 API

 

美國(guó)自動(dòng)精密工程公司（API 公司）于1987 年創(chuàng)建，總部位于美國(guó)馬里蘭州的洛克威爾城。API 公司自成立以來(lái)， 始終致力于機(jī)械制造領(lǐng)域精密測(cè)量?jī)x器和高性能傳感器的研發(fā)和生產(chǎn)，產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于美國(guó)及世界各國(guó)的制造領(lǐng)域，并在坐標(biāo)測(cè)量和機(jī)床性能測(cè)試的高精度標(biāo)準(zhǔn)方面處于地位。API 公司擁有一支經(jīng)驗(yàn)豐富、能力的工程師隊(duì)伍，不斷開(kāi)發(fā)出的創(chuàng)新性產(chǎn)品，以滿足快速發(fā)展的工業(yè)技術(shù)需求。在美國(guó)聯(lián)邦政府、企業(yè)及科學(xué)研究的諸多項(xiàng)目中，API 公司都是積極參與者和關(guān)鍵技術(shù)伙伴。迄今為止所取得的成就使其在國(guó)際精密測(cè)量領(lǐng)域享有很高的聲譽(yù)。