對角度誤差不敏感的體對角線位移測量方法

我們用光動公司的MCV-500型LDDM加上分步對角線測量附件SD-500的激光校準系統。為方便調整在體對角線方向的激光束，用了一個萬向折光鏡。激光頭安裝在垂直加工中心（VMC）的工作臺上。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償激光頻率的變化，測量機器溫度以補償材料熱膨脹。

共需要四次設置，即四條對角線的方向PPP，NPP，PNP及NNP各一次。主軸從一端移動到對角位置是由程序控制的。每一步的測量數據是由LDDM軟件自動采集。此軟件分析數據并自動計算出每軸的誤差。

這樣采集到二套體對角線位移數據，一套沒有體積補償，另一套有體積補償。帶有體積補償的每軸的直線位移誤差就出來了。基于測量得到的分步對角線數據，包括三個位移誤差、六個直線度誤差以及三個垂直度誤差的體積定位誤差就測量得到了。這就可以自動產生體積補償文件。

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，測量得到的沒有補償的體對角線位移最大誤差是0.003"（0.0762mm）。使用分步對角線數據以及計算得到的體積定位誤差，為Fanuc16i控制器產生了直線度誤差補償表。用了體積補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），這些誤差遠比沒有體積補償要小。體積補償后，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償前。體積補償后，最大的體對角線位移誤差是0.0006″（0.0152mm），有了500%的改進。

結論

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，包括三個位移誤差、六個直線度誤差以及三個垂直度誤差測量的好方法；分步對角線測量方法采集了12套數據，以解決所有9個直線誤差和3個垂直度誤差。測量得到的體積定位誤差可以用來產生體積補償文件，可以大大降低體對角線位移誤差。該方法使得數控加工中心或者三坐標測量機的校準和補償更經濟可行，更實用、更必要了。