对角度误差不敏感的体对角线位移测量方法

我们用光动公司的MCV-500型LDDM加上分步对角线测量附件SD-500的激光校准系统。为方便调整在体对角线方向的激光束，用了一个万向折光镜。激光头安装在垂直加工中心（VMC）的工作台上。3″×4″（75×100mm）的平面镜安装在主轴上，其表面垂直于激光束。测量空气温度和压力以补偿激光频率的变化，测量机器温度以补偿材料热膨胀。

共需要四次设置，即四条对角线的方向PPP，NPP，PNP及NNP各一次。主轴从一端移动到对角位置是由程序控制的。每一步的测量数据是由LDDM软件自动采集。此软件分析数据并自动计算出每轴的误差。

这样采集到二套体对角线位移数据，一套没有体积补偿，另一套有体积补偿。带有体积补偿的每轴的直线位移误差就出来了。基于测量得到的分步对角线数据，包括三个位移误差、六个直线度误差以及三个垂直度误差的体积定位误差就测量得到了。这就可以自动产生体积补偿文件。

测量得到的垂直度误差是XY=-5.72弧秒，YZ=1.73弧秒，ZX=3.47弧秒。测量得到了X、Y、Z轴的直线位移误差、垂直方向的直线度误差及水平方向的直线度误差。对于X轴，最大的垂直直线度误差（在Y方向的偏离）是0.00035″（0.009mm）；最大的水平直线度误差（在Z方向的偏离）是-0.0005″（-0.0127mm）；最大的位移误差是-0.0005″（-0.0127mm）。

对于Y轴，最大的垂直直线度误差（在X方向的偏离）是0.0002″/-0.0004″（0.0051mm/-0.0102mm）；最大的水平直线度误差（在Z方向的偏离）是0.0035″/-0.004″（0.0889mm/-0.0102mm）；最大的位移误差是-0.0013″（-0.0330mm）。
对于Z轴，最大的垂直直线度误差（在X方向的偏离）是0.0005″（0.0127mm）；最大的水平直线度误差（在Y方向的偏离）是0.00055″（0.0140mm）；最大的位移误差是-0.0015″（-0.0381mm）。

按ASMEB5.54或ISO230-6，测量得到的没有补偿的体对角线位移最大误差是0.003"（0.0762mm）。使用分步对角线数据以及计算得到的体积定位误差，为Fanuc16i控制器产生了直线度误差补偿表。用了体积补偿后每轴的直线位移误差就测量出来了。X、Y、Z轴的最大误差分别为0.0002″（0.0051mm），0.0001″（0.00254mm）和0.0001″（0.00254mm），这些误差远比没有体积补偿要小。体积补偿后，垂直度误差是XY=-0.05弧秒，YZ=-3.7弧秒，ZX=-0.32弧秒。垂直度误差大大小于体积补偿前。体积补偿后，最大的体对角线位移误差是0.0006″（0.0152mm），有了500%的改进。

结论

由于体对角线位移测量方法对于角度误差是不敏感的，所以这只是一种快速体积定位误差，包括三个位移误差、六个直线度误差以及三个垂直度误差测量的好方法；分步对角线测量方法采集了12套数据，以解决所有9个直线误差和3个垂直度误差。测量得到的体积定位误差可以用来产生体积补偿文件，可以大大降低体对角线位移误差。该方法使得数控加工中心或者三坐标测量机的校准和补偿更经济可行，更实用、更必要了。