API行业应用案例：大型机床的动态三维检测

关于大型多轴加工中心

生产、加工的过程中，大型5轴、6轴机床可能会由于多方面的因素所产生误差，致使其加工的产品达不到预期精度要求。在对机床进行调校、找出并排除这些误差的过程中，动态3D空间误差的评价是非常重要的一项；相较传统的21项静态误差检测，3D空间误差需在动态情况下进行高精度的测量，故而使用传统的检测手段很难实施。

动态3D精度的检测&API解决方案

传统的机床21项误差测量方法是用激光干涉仪对机床的每个轴（X、Y、Z）分别进行测量，从而得出每个轴的线性误差、角度误差以及与机床转台转角误差（干涉仪与多面棱体配合测得），但这些测量所得评价均是在静态情况下得出的单项误差，而不能体现出5轴机床在联动过程中的刀具部位的3D空间位置误差。 如果用激光跟踪仪与普通SMR反射靶球组合进行对5轴机床空间位置测量，虽然得到了3D空间位置数据，但因受普通SMR靶球的接光口有限的角度限制，其只能得到静态的3D空间位置数据，从而也只限于静态的测量。

图1：加载于工业机器人上的ActiveTarget活动靶标

为突破大型5轴、6轴机床动态3D空间位置精度测量的难题，API公司研发出了3D点动态测量靶标 - ActiveTarget活动靶标（如上图，以下简称AT活动靶标）。此AT活动靶标的工作原理与传统SMR靶球类似，将跟踪仪激光经由反射镜体反射回跟踪仪完成空间位置测量，其特别之处在于AT靶标横、纵两方向有驱动电机，具备自动定位反射靶的能力，相当于是一个机动化的SMR。 AT活动靶标的优势在于：不管激光束在空间中处于什么方位以及是否移动，AT活动靶标会始终锁定激光束，即便在快速而任意的移动测量中，也不会导致与激光跟踪仪之间发生“断光”；故而在使用AT活动靶标配合检测运动或旋转的目标体时，无需人为干预，即可自动实现整个流程的连贯测量，在动态情况下，高效完成3D位置坐标的采集。 AT活动靶标的问世，使得大型5轴、6轴机床的动态3D空间位置精度测量得以实现。

5轴机床3D动态测量需求与要点

5轴机床刀头部位在规划路径下进行动态运行，测得在动态运行轨迹下的点的位置坐标，并实现： 1）、将测得的动态点位坐标与机床理论运行数模轨迹比较，查看其空间误差值；2）、将动态轨迹点进行投影后得出对应点位刀具空间摆动角度值，并与理论值比较，得出动态摆角误差；3）、将动态轨迹点在三相限平面内投影，查看各轴间运行过程中的动态匹配性能。

 图2：Radian激光跟踪仪&ActiveTarget活动靶标配合检测多轴机床动态3D精度作业中

API方案实施步骤

Radian激光跟踪仪配合AT活动靶标测量多轴机床动态3D精度的实施步骤如下： ① 选择稳定、合适位置将跟踪仪就位，开机；② 将AT活动靶标柱柄夹持到机床刀头处，开机，并与跟踪仪激光对接；③ 加持在刀头处的AT活动靶标按机床规划路径进行运动，跟踪仪对运动中的AT靶标位置进行连续实时采点，从而得到动态测量3D空间点云；通过软件对所得3D点的投影解算，得到所需数据，达到检测目的。  

图3：Radian激光跟踪仪&AT活动靶标检测大型多轴机床并实施补偿作业（主图）以及补偿前后的机床误差示意图（左上为补偿前；左下为补偿后）  

小结

综上整个检测流程，整套仪器设备布置方便、操作简单，只要对Radian跟踪仪以及AT活动靶标进行几个简单步骤的安装就可以开始测量；整个测量过程自动、流畅、无需人为干预，大幅减少了额外误差的出现几率；数据分析高效、快捷、并自动出具报告，节约了时间和人力成本，为生产提效。 

图4：API公司总部大楼

关于 API

美国自动精密工程公司（API 公司）于1987 年创建，总部位于美国马里兰州的洛克威尔城。API 公司自成立以来， 始终致力于机械制造领域精密测量仪器和高性能传感器的研发和生产，产品已广泛应用于美国及世界各国的先进制造领域，并在坐标测量和机床性能测试的高精度标准方面处于领先地位。API 公司拥有一支经验丰富、能力卓著的工程师队伍，不断开发出先进的创新性产品，以满足快速发展的工业技术需求。在美国联邦政府、企业及科学研究的诸多项目中，API 公司都是积极参与者和关键技术伙伴。迄今为止所取得的成就使其在国际精密测量领域享有很高的声誉。

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（API公司 ）

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