光學量測系統應用於五軸工具機鑽孔加工的靜態誤差量測

Static Error Measurement of Five-Axis Drilling Process Using Optical Measurement System

張可迪(Ke-Ti Chang)

指導教授 ： 佘振華

國立虎尾科技大學/工程學院/創意工程與精密科技研究所/碩士(2010年)

摘要

五軸工具機量測技術領域非常廣泛，廣義而言五軸工具機量測的設備包含感測系統、訊號處理系統以及軟體分析系統。現今常見接觸式五軸量測設備主要除了單價偏高之外，常因延伸桿長度而限制運動範圍。
本研究以比較便宜的光學量測元件，架構一套五軸工具機光學量測系統，本系統元件包括：兩組雷射光源（Laser）、兩組四象限光電位置感測器（Quadrant Detector，QD）、玻璃球透鏡（Ball Lens）、支撐架。本系統組裝如下所述，將雷射光源與QD置入圓罩內，兩組雷射光必須呈正交狀態，玻璃球透鏡固定於支撐架放置於工具機工作平台上，雷射光經過玻璃球透鏡後投影在QD上。實際量測時若五軸工具機產生了誤差，則雷射光無法投影在QD的中心位置，由QD上的雷射光位置可得到五軸工具機之誤差量。
本研究使用CAM軟體規劃出鑽孔量測路徑，並轉換為刀具路徑檔案。根據齊次座標轉換矩陣所推導出來之數學模組，發展出NC程式轉換介面，可以依玻璃球透鏡擺放位置、兩旋轉軸中心之間的偏置量調整參數。最後本研究將轉換之NC程式，實際在五軸工具機上進行量測，並驗證量測路徑之可行性與正確性。

關鍵字

五軸工具機 ； 光學量測系統 ； 路徑規畫

並列摘要

The field of five-axis machine tool measurement is very wide. Generally, a five-axis machine tool measurement device includes sensing system, signal processing system, and software analysis system. The common contact five-axis measurement device has problems of high cost and limited movement due to the length of its extension bar.
This study used less expensive optical measurement elements to build a five-axis machine tool optical measurement system, which is consisted of two laser sources, two Quadrant Detectors (QD), Ball Lens, and a support frame. When laser sources and QDs are placed inside the round cover, two laser beams must be in an orthogonal state, and ball lens are affixed to the support frame and placed on the machine tool working table. The laser beam passes the ball lens and projects onto the QD. In actual measurement, if the five-axis machine tool has errors, then laser beam will fail to project onto the QD center. From the laser beam position on the QD, the errors of five-axis machine tool can be obtained.
This study used CAM module to determine a drilling measurement path, and converted it to cutter location file. According to mathematical module derived from homogeneous transformation matrix, this study developed a NC transformation interface so as to adjust the parameters depending on the ball lens position and offset between the rotational axis centers. Finally, this study applied the transformed NC program to practical measurement on the five-axis machine tool, and verified the feasibility and correctness of the measurement path.

並列關鍵字

Five-axis machine tools ； optical measurement system ； measurement path planning

參考文獻

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