當(dāng)需要嚴(yán)格考慮質(zhì)量問題時(shí)，校準(zhǔn)和補(bǔ)償會(huì)直接影響周期時(shí)間。一臺(tái)在精度指標(biāo)范圍內(nèi)的機(jī)床可以高速工作并同時(shí)保持加工精度。校準(zhǔn)允許進(jìn)行工件在線檢測(cè)，節(jié)約了工件在機(jī)床和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)之間來回移動(dòng)的時(shí)間。此外，定期校準(zhǔn)還可以用來預(yù)報(bào)機(jī)床是否即將偏離精度指標(biāo)。
以前操作激光校準(zhǔn)儀器要求專業(yè)的計(jì)量人員。需要打開機(jī)床罩，這樣可以在工作臺(tái)、主軸以及獨(dú)立的三角架上調(diào)整光學(xué)元件。空間校準(zhǔn)的過程需要幾天時(shí)間，這取決于機(jī)床的大小。因此，當(dāng)工件經(jīng)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量是在公差范圍內(nèi)時(shí)，空間校準(zhǔn)就顯得不是那么必要了。
隨著技術(shù)的進(jìn)步，目前激光校準(zhǔn)設(shè)備的成本大大降低，比如美國(guó)光動(dòng)公司（Optodyne）的產(chǎn)品，同時(shí)也不需要專業(yè)的計(jì)量人員及外部服務(wù)，機(jī)床停機(jī)時(shí)間也大大降低。一個(gè)受過一天激光校準(zhǔn)培訓(xùn)的機(jī)械師能夠在半天內(nèi)完成1立方米機(jī)床的空間測(cè)量。軟件可以自動(dòng)寫出補(bǔ)償表并上載到機(jī)床的控制器。
圖1 二個(gè)分離的激光頭可以同步測(cè)量大型龍門機(jī)床的主動(dòng)軸和從動(dòng)軸的直線位移，且不受行程限制
圖2 顯示了在二小時(shí)內(nèi)進(jìn)行分步對(duì)角線測(cè)量空間誤差的過程，機(jī)床罩不需要打開
許多年來，在ASME B5.54或者ISO 230-6標(biāo)準(zhǔn)中定義的體對(duì)角線位移方法（BDDM）已經(jīng)為許多廠商，例如波音等航空航天公司提供了一種快速檢測(cè)空間誤差方法。BDDM測(cè)量機(jī)床工作空間的四條對(duì)角線，產(chǎn)生四套包括所有誤差的數(shù)據(jù)。但是，還不能提供足夠的數(shù)據(jù)以鑒別誤差的位置。
我們的新方法——分步對(duì)角線測(cè)量法（SSDMM），同樣是四條對(duì)角線設(shè)置，能收集12套數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，可以測(cè)出三個(gè)位移誤差、六個(gè)直線度誤差以及三個(gè)垂直度誤差，并不需要延長(zhǎng)停機(jī)時(shí)間。此外，測(cè)量得到的定位誤差可用于產(chǎn)生空間補(bǔ)償表。圖2顯示了在2小時(shí)內(nèi)進(jìn)行分步對(duì)角線測(cè)量空間誤差的過程，機(jī)床罩不需要打開。
SSDMM不同于BDDM，其x，y，z軸分別依次移動(dòng)并采集到對(duì)角線的定位誤差，提供了三倍的數(shù)據(jù)量，并能使每個(gè)軸運(yùn)動(dòng)的定位誤差都可以測(cè)量得到。
被測(cè)目標(biāo)移動(dòng)的軌跡并不是直線，其側(cè)向移動(dòng)較大。傳統(tǒng)的干涉儀不能做這些測(cè)量，因?yàn)椴辉试S有如此大的側(cè)向運(yùn)動(dòng)。而單孔徑的激光干涉儀比如激光多普勒位移計(jì)（Laser Doppler Displacement Meter）就不受大的側(cè)向移動(dòng)的影響。使用一平面鏡作被測(cè)目標(biāo)，平行于鏡子的移動(dòng)不會(huì)轉(zhuǎn)移激光束，也不會(huì)改變從光源來的距離。
預(yù)警維護(hù)（Predictive Maintenance，PDM）以及其他一些程序，例如機(jī)床可變性管理系統(tǒng)、可靠性及可保養(yǎng)性、失效模式及有效分析、全生產(chǎn)性保養(yǎng)等可以預(yù)測(cè)出機(jī)床失效（偏離精度指標(biāo)）。通過比較用激光校準(zhǔn)、振動(dòng)分析以及紅外溫度記錄等儀器收集到的當(dāng)前和以前的數(shù)據(jù)，制成預(yù)報(bào)圖表，以預(yù)報(bào)數(shù)控部分、滾珠絲杠、導(dǎo)軌及伺服電機(jī)等機(jī)床部件是否需要補(bǔ)償、服務(wù)或者其他必須的修理。
一臺(tái)精度等級(jí)為5.1 μ的機(jī)床每6個(gè)月要檢查一次。假設(shè)在最近三次校準(zhǔn)中，精度已經(jīng)降下降了1.27μ， 基于以前這樣的信息，可以預(yù)測(cè)，在6個(gè)月內(nèi)進(jìn)行校準(zhǔn)是合理的。同樣，振動(dòng)分析可以披露主軸以及其他有問題的部件的信息，以確定是否需要保養(yǎng)或者修理了。
設(shè)立一個(gè)預(yù)警（PDM）程序需要一個(gè)長(zhǎng)期的過程，首先要選擇機(jī)床、校準(zhǔn)技術(shù)以及收集數(shù)據(jù)。其次確定及采購校準(zhǔn)設(shè)備。然后用以下基本步驟來建立PDM。
1． 監(jiān)控機(jī)床情況
2． 診斷并確定問題所在
3． 數(shù)據(jù)分析，確定糾正措施
4． 通過綜合精密測(cè)量系統(tǒng)及制造操作建立早期預(yù)警及預(yù)報(bào)。
在細(xì)化以上可重復(fù)的基本步驟后，就可以確定可接受的性能以及精度水平。此外，必須測(cè)量并建立機(jī)床的基準(zhǔn)線。機(jī)床的測(cè)量是有規(guī)律的，在指定的時(shí)間間隔中進(jìn)行。經(jīng)過分析，將保養(yǎng)以及維修預(yù)報(bào)與生產(chǎn)安排結(jié)合起來。
使用一有空間檢測(cè)功能的機(jī)床在加工過程中檢測(cè)工件可以大大減少周期時(shí)間并提高加工精度。在航空航天工業(yè)中，在線檢測(cè)并沒有得到發(fā)展，那是因?yàn)樵诩庸すぜ耐慌_(tái)機(jī)床上檢測(cè)會(huì)出現(xiàn)與其相同的定位誤差。因此符合SO9000以及ISO17025要求的更新的激光校準(zhǔn)技術(shù)和方法可以同時(shí)確保制造及質(zhì)量保證計(jì)劃，并使在線檢測(cè)成為一種可行及可靠的方法。
例如，量規(guī)的精度要求是4:1，因此，數(shù)控機(jī)床的精度必須是所加工工件指定精度的4倍以上。為滿足這個(gè)要求，在線檢測(cè)的機(jī)床的精度必須要經(jīng)過認(rèn)定。一臺(tái)經(jīng)過空間定位誤差測(cè)量的機(jī)床，其軟件可以自動(dòng)生成修正查找表，能夠使在線檢測(cè)軟件補(bǔ)償機(jī)床的空間定位誤差。
當(dāng)用一臺(tái)在線檢測(cè)的機(jī)床時(shí)，用一適當(dāng)?shù)臏y(cè)頭來代替刀具，以測(cè)量工件的尺寸。其空間定位誤差可以列成誤差表或補(bǔ)償表，以使軟件糾正所測(cè)量測(cè)頭的位置。用了空間誤差糾正，機(jī)床本身的幾何誤差及定位誤差可以被消除，提供精確的尺寸測(cè)量。因此，滿足了4:1量規(guī)的精度要求，使帶有空間誤差補(bǔ)償?shù)臄?shù)控機(jī)床可以具有三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)同樣的高精度功能。
