應用雷射四象儀檢測工具機循跡誤差

Contouring Error Measurement of Machine Tools by Using Laser Diodes and PSDs

卓明震(Ming-chen Cho)

指導教授 ： 覺文郁

國立虎尾科技大學/工程學院/自動化工程研究所/碩士(2012年)

摘要

動態循跡(輪廓)誤差為影響工具機精密度的重要因素，動態循跡誤差是工具機受到控制器下達的指令，循著一個指令路徑移動加工，在加工時實際切削路徑和指令路徑之間有著差異存在，動態循跡誤差主要由機器的外界負載、摩擦力、慣性矩及CNC控制器的指令執行速度、加減速度控制、伺服控制特性等因素所造成。
因此，為提升工具機精度，本論文提出循跡誤差補償系統，其主要由雷射二極體及高精度雷射四象儀所設計組合而成，以非接觸方式進行量測，與以往量測方式最大的不同在於大大降低了不確定度，更解決了摩擦力所影響的問題，且無須考慮磁性的問題，而所量之訊號更可用於分析工具機之多項性能，預計將可大幅提升工具機之精度至次微米等級。

關鍵字

雷射四象儀 ； 雷射二極體 ； 循跡誤差 ； 工具機

並列摘要

The contouring error is a critical element for the accuracy of machine tools. The contouring error is defined as the difference between the processing actual path and commanded path, which is implemented by following the 2D or 3D command curves from feeding driving system in machine tools. The contouring error is resulted from various factors, such as the external loads, friction, inertia moment, feed rate, speed control, servo control, and etc.
Thus, the thesis proposes the 2D or 3D compensating systems for the contouring accuracy of machine tools. Optical method is adopted by using stable frequency laser diodes and the high precision position sensor detectors to perform no-contact measurement. From the comparison between the optical measurement and the traditional method, the proposed system has following advantages: (a) the uncertainty can be reduced; (b) the friction can be ignored; (c) the magnetism can be ignored and (d) the signals of the proposed system can be used not only to measure the linear contouring accuracy but also to obtain other parameters of machine tools. In the future, the contouring accuracy will attain to 0.5 μm by using the compensating system.

並列關鍵字

position sensor detector ； laser diode ； contouring error ； machine tool

參考文獻

[13]周敬棠，“介觀機具線性軸性能檢測系統之建立”，國立虎尾科技大學動力機械工程研究所碩士論文，2004。

[18]鄭光荃，“五軸工具機加工軌跡動態輪廓誤差分析”，國立中正大學機械工程研究所碩士論文，2012。

[14]潘志銘，“使用位置感測器之低成本精密機具量測系統開發”，國立虎尾科技大學機械與機電工程研究所碩士論文，2009。

[12]陳俊仁，“使用雷射四象儀檢測精密機具性能”，國立成功大學機械工程研究所碩士論文，2003。

[1]M. Burdekin, “Cutting Tests for Accuracy Assessment,” Technology of Machine Tools, Vol. 5, pp. 9-10, 1980