安裝、標(biāo)定及驗(yàn)證機(jī)床性能非常耗時(shí)間,干涉技術(shù)可精確描繪鉆床磨床等機(jī)床,以評估機(jī)床誤差。主軸震動分析儀及球桿儀可評估機(jī)床動態(tài)性能。但是象用于航空行業(yè)的高端機(jī)器設(shè)備非常復(fù)雜,安裝以及完全的尺寸測量需要幾個(gè)星期,僅僅干涉測量也需要幾天的時(shí)間。
相對新的基于激光的方法比干涉測量在節(jié)省時(shí)間上有了實(shí)質(zhì)突破,而不減少測量精度。該技術(shù)有望在標(biāo)定坐標(biāo)測量設(shè)備、切削機(jī)床及其它類似設(shè)備上提高效率。
設(shè)計(jì)獨(dú)特
“什么使得這項(xiàng)技術(shù)不同于眾呢?那就是每軸一次安裝一次運(yùn)行,系統(tǒng)可以測得 5 個(gè)機(jī)床特性:線性定位精度、俯仰角、偏擺角、以及X、Y直線度。” 此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)明人,位于馬里蘭州Gaithersburg城的 API 公司總裁 Kam Lau 博士如是說。
“我們可以從兩個(gè)方面看待挑戰(zhàn),”Kam Lau 說,“第一,向長期使用傳統(tǒng)儀器的用戶展示我們的儀器可節(jié)省時(shí)間,并且不需要經(jīng)過培訓(xùn)的測量專家來操作。第二,要讓行業(yè)團(tuán)體確信,一般如果方法得當(dāng),質(zhì)量控制不但不是浪費(fèi),還可以提供實(shí)質(zhì)性的回報(bào)。”
5D 激光測量系統(tǒng)的核心是一個(gè)傳感器,還有分光鏡、反光鏡、四分傳感器以及干涉儀。偏振器/分光鏡把波長632.9nm的激光光束分出一束測量光束,測量光束前進(jìn)射到固定在工件上正在運(yùn)動的5D 傳感器上,然后從傳感器反射回來,經(jīng)過分光鏡和反光鏡,和光相測頭部位的參考信號合并,合并信號產(chǎn)生干涉條紋,光相測頭以每八個(gè)干涉條紋作為增量計(jì)算條紋個(gè)數(shù)以確定距離,標(biāo)準(zhǔn)的測量分辨力是160nm,標(biāo)準(zhǔn)精度是1ppm,但超高精度(0.1-0.2ppm可選)也可提供,重要前提是標(biāo)準(zhǔn)精度需要 36000美元,超高精度需要57000美元。
波音航空公司執(zhí)行DT-9000國際制造標(biāo)準(zhǔn),F(xiàn)FA也按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行認(rèn)證。沒有FAA的認(rèn)證,波音及其它機(jī)身制造商就無法生產(chǎn) 。為繼續(xù)保留認(rèn)證,波音每兩年都要經(jīng)過 Air Worthiness 的評審,評審過程中,F(xiàn)AA 要檢查每個(gè)關(guān)鍵機(jī)床的機(jī)床誤差評估報(bào)告,波音內(nèi)部也有每九個(gè)月一次的對其機(jī)床誤差評估校驗(yàn)。
去年年初波音開始在其華盛頓Renton工廠試用這項(xiàng)技術(shù),為研究新技術(shù)比傳統(tǒng)評估方法潛在的時(shí)間節(jié)省,該公司通過在同一臺機(jī)床上利用5D激光測量系統(tǒng)和其它干涉工具進(jìn)行背靠背測量,不但精度和精密結(jié)果符合室內(nèi)設(shè)備指標(biāo),而且5D激光測量系統(tǒng)只需用傳統(tǒng)方法所需時(shí)間的三分之一:典型測量是每軸測量需要3個(gè)小時(shí),而傳統(tǒng)設(shè)備需要 9 個(gè)小時(shí)。
更重要的是,據(jù) Auburn設(shè)備主管 Carl Campen 說,5D系統(tǒng)簡單易用,許多機(jī)床操作人員都可以在他們的機(jī)器上檢查機(jī)床安裝性能,而不需任何測量專家的幫助。
波音現(xiàn)在鼓勵(lì)測量先前沒有測量過的機(jī)床,公司顯然確信討論務(wù)實(shí)的機(jī)床綜合性能測試的收益及時(shí)間消耗是沒有意義的,官方說他們正在計(jì)劃更廣泛的綜合誤差評估項(xiàng)目
每幾個(gè)GM模具成型設(shè)備中就有一個(gè),利用5D系統(tǒng)作為標(biāo)定工具(包括機(jī)械的球桿儀、水平儀、旋轉(zhuǎn)標(biāo)定設(shè)備)的一部分,該設(shè)備支持磨光精密模具的數(shù)控機(jī)床的升級。
最初的改型安裝中,GM工作人員報(bào)告總共節(jié)省了80%的咨詢時(shí)間,并且他們預(yù)測,加工后用手工做一些適當(dāng)?shù)男U?,可以?jié)省90%的時(shí)間。
機(jī)床翻新公司從快速誤差評估中坐收漁利,其中一個(gè)具有豐富經(jīng)驗(yàn)的這樣的公司,原來使用傳統(tǒng)的激光測量儀器,很快認(rèn)識到同時(shí)多參數(shù)測量固有的節(jié)省時(shí)間的可能性。接到一個(gè)要求廣泛測量的機(jī)床檢修的定單后,該工廠下決定購買一臺5D系統(tǒng),結(jié)果是,只用了8個(gè)月就完成了過去需要12個(gè)月的改型項(xiàng)目,并交付用戶使用。
仔細(xì)評估
當(dāng)然,用于機(jī)床靜態(tài)誤差評估的傳統(tǒng)光電技術(shù)包括Hewlett-Packard及 Renishaw制造的干涉設(shè)備,它們雖然一次安裝只能測量一軸,但它們的定價(jià)大約19000美元,比5D系統(tǒng)低很多。
毫無疑問,銷售上述系統(tǒng)的公司建議在標(biāo)定應(yīng)用中,多軸測量系統(tǒng)并不是最好。Cecil Dowdy,Hewlett-Packard的一位應(yīng)用工程師, 注意到如果使用不當(dāng)誤差將進(jìn)入測量過程中。
例如,如果用戶沿著工作區(qū)的中部只選擇一個(gè)測量線,角度誤差作為乘數(shù)就會放大線性誤差,由于機(jī)床不是完全剛性,所以這些誤差可能產(chǎn)生變化。
同時(shí)移動所有的三個(gè)點(diǎn)顯示出重量引起的機(jī)床結(jié)構(gòu)偏移的動態(tài)作用。Dowdy說,“為保證機(jī)床滿足加工需要,必須進(jìn)行多軸測量。”