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VEC（空間誤差補(bǔ)償技術(shù)），大型機(jī)床標(biāo)定的突破性創(chuàng)新實(shí)用方法

在過去的20年里，現(xiàn)代大型機(jī)床的制造者和使用者們都在尋找一種能夠在更短時(shí)間內(nèi)提高機(jī)床工作精度的校準(zhǔn)方法?，F(xiàn)在，VEC（空間誤差補(bǔ)償技術(shù)）誕生了。VEC技術(shù)使用API激光跟蹤儀與Active Target移動(dòng)靶標(biāo)相配合，能夠在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)完成大型機(jī)床（尤其是5軸、6軸大型機(jī)床）的標(biāo)定工作。

更高的工作效率，更低的熱漂移影響

由于傳統(tǒng)的機(jī)床校準(zhǔn)方法需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，所以熱漂移會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。而VEC技術(shù)只需幾個(gè)小時(shí)就可完成整個(gè)標(biāo)定過程，較傳統(tǒng)的幾天甚至是幾周，在提高工作效率的同時(shí)，減小了熱漂移所帶來的影響。

工作原理

21項(xiàng)誤差補(bǔ)償法是被公認(rèn)的傳統(tǒng)的機(jī)床校準(zhǔn)方法。以結(jié)構(gòu)較簡單的普通3軸機(jī)床為例，這種方法需要使用激光干涉儀對(duì)機(jī)床的每個(gè)軸（X，Y，Z）分別進(jìn)行測(cè)量。而在進(jìn)行這些測(cè)量之前，需要對(duì)測(cè)試儀器做大量的安裝調(diào)試工作，以便使干涉儀的激光束與機(jī)床相吻合，且對(duì)于每個(gè)軸的測(cè)量，都需要重新調(diào)整激光干涉儀的位置，并運(yùn)行各自的測(cè)量步驟。如此，便耗費(fèi)了大量的時(shí)間，使機(jī)床閑置，導(dǎo)致生產(chǎn)力的下降。而且由于激光干涉儀工作時(shí)間過長，還要將熱漂移的因素考慮在內(nèi)。

空間誤差補(bǔ)償技術(shù)（VEC）的數(shù)據(jù)計(jì)算方式是基于切比雪夫多項(xiàng)式（Chebyshev Polynomials）演變而來。API獨(dú)有的測(cè)量軟件計(jì)算出多項(xiàng)式的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程來描述機(jī)床運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的不同誤差，從而對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)空間內(nèi)的任何坐標(biāo)上的誤差進(jìn)行精準(zhǔn)補(bǔ)償。

使用VEC技術(shù)的**個(gè)步驟就是建立VEC機(jī)床模型。應(yīng)用機(jī)床的CAD模型，根據(jù)不同機(jī)床的特征建立運(yùn)動(dòng)誤差模型。根據(jù)建立的運(yùn)動(dòng)誤差模型，API的測(cè)量軟件會(huì)計(jì)算并提供出一個(gè)測(cè)量路徑的解決方案，并避免與機(jī)床運(yùn)行過程中有可能關(guān)聯(lián)到的物體，例如固定裝置、夾具等相沖突。利用這種計(jì)算方法，可以使帶有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的機(jī)床（如帶旋轉(zhuǎn)軸的機(jī)床和6軸機(jī)床等）的測(cè)量標(biāo)定變得像標(biāo)準(zhǔn)3軸機(jī)床一樣簡單。

API測(cè)量軟件計(jì)算出的測(cè)量路徑可以避免測(cè)量過程中可能發(fā)生的部件相互碰撞的情況。方法就是：在機(jī)床運(yùn)動(dòng)的空間內(nèi)隨機(jī)取200至400個(gè)參照點(diǎn)，將機(jī)床在這一運(yùn)行空間內(nèi)每個(gè)軸上的所有可能形成的姿態(tài)進(jìn)行模擬，從而根據(jù)這一數(shù)據(jù)來計(jì)算出*終的測(cè)量路徑。測(cè)量時(shí)，機(jī)床主軸會(huì)沿著預(yù)先設(shè)計(jì)好的路線進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，與此同時(shí)，API的Radian激光跟蹤儀發(fā)射出的激光束將會(huì)始終跟蹤固定在位于機(jī)床中心點(diǎn)機(jī)床主軸上的API Active Target活動(dòng)靶標(biāo)，對(duì)機(jī)床運(yùn)行的完整路線進(jìn)行測(cè)量。由于測(cè)量軟件已為測(cè)量設(shè)計(jì)出了路線，所以在測(cè)量過程中不會(huì)發(fā)生碰撞事件，也不會(huì)因?yàn)橹鬏S的運(yùn)動(dòng)遮擋了激光束而中斷測(cè)量。

實(shí)際測(cè)量中，無論機(jī)床的大小和結(jié)構(gòu)復(fù)雜與否，整個(gè)測(cè)量的過程會(huì)在1至3個(gè)小時(shí)之間。由于API的Radian跟蹤儀在設(shè)計(jì)上的緊湊型、便攜性、高復(fù)合性、以及測(cè)量范圍極廣的特性，在測(cè)量時(shí)，Radian激光跟蹤儀既可以被安裝在機(jī)床上，也可以被安置于機(jī)床之外。而Active Target活動(dòng)靶標(biāo)則被安裝固定在位于機(jī)床中心點(diǎn)的機(jī)床主軸上。Active Target實(shí)際上是一個(gè)機(jī)動(dòng)化的SMR，其特有的內(nèi)置反射鏡進(jìn)行不間斷的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可以在移動(dòng)中始終鎖定Radian激光跟蹤儀發(fā)射出的激光束，不會(huì)將激光束跟丟。測(cè)量時(shí)，每當(dāng)機(jī)床運(yùn)行到一個(gè)新的測(cè)量點(diǎn)就會(huì)停頓3至4秒鐘，使機(jī)床完成休整并穩(wěn)定在其所應(yīng)到達(dá)的位置，Radian激光跟蹤儀會(huì)在這一間隙對(duì)這個(gè)參照位置實(shí)施30次至100次的測(cè)量。當(dāng)計(jì)算出測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值，便會(huì)反射信號(hào)至機(jī)床，使其移動(dòng)到下一個(gè)待測(cè)位置。

整個(gè)過程需要對(duì)待測(cè)機(jī)床進(jìn)行三次測(cè)量：**次測(cè)量時(shí)應(yīng)使用一個(gè)稍長的適配桿用來固定Active Target；第二次重復(fù)**次的過程，以便核實(shí)、檢查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；第三次，也就是*后一次則應(yīng)使用一個(gè)較短的適配桿固定Active Target進(jìn)行測(cè)量。這個(gè)過程不僅僅是簡單的三次測(cè)量，實(shí)際上，使用長短不同的適配桿固定Active Target進(jìn)行測(cè)量，為每一個(gè)待測(cè)的參照點(diǎn)生成了向量。使用這種方法既可測(cè)得位置參數(shù)，又可以測(cè)得方向的數(shù)據(jù)。其原因在于：每個(gè)待測(cè)的參照點(diǎn)與其前一個(gè)被測(cè)量的點(diǎn)之間都會(huì)形成一個(gè)桿狀的連接，隨著測(cè)量進(jìn)程的發(fā)展，所連接的點(diǎn)就越多，而這樣，通過200至400個(gè)隨機(jī)參照點(diǎn)，就形成了點(diǎn)云（Point Cloud），而不是簡單的三個(gè)平面。

通過這些向量（桿狀連接）可以確定機(jī)床運(yùn)動(dòng)空間中的每一個(gè)點(diǎn)，并通過上萬次的計(jì)算得到這些參照點(diǎn)的位置參數(shù)（X，Y，Z）以及方向參數(shù)（如：俯仰角、偏擺角、滾動(dòng)角）。接下來，軟件將會(huì)根據(jù)測(cè)得的參數(shù)計(jì)算出補(bǔ)償值，將補(bǔ)償參數(shù)儲(chǔ)存，以便上傳至機(jī)床的控制系統(tǒng)，在機(jī)床實(shí)際作業(yè)中進(jìn)行空間誤差的補(bǔ)償。

以下為VEC補(bǔ)償前精度圖：

以下為VEC補(bǔ)償后精度圖：

實(shí)時(shí)證明，經(jīng)過VEC補(bǔ)償后，機(jī)床精度可提升多達(dá)4倍。