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研究生： 黃嘉順
Chai-Shon Huang
論文名稱： 應用接觸式探頭於五軸加工機之加工間檢測
In-Cycle Measurement on a Five-Axis NC Machining Center Using a Touch Trigger Probe
指導教授： 修芳仲
Fang-Jung Shiou
口試委員: 鄭正元
Jeng-Ywan Jeng
范光照
Kuang-Chao Fan
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年： 2013
畢業學年度： 101
語文別： 中文
論文頁數： 116
中文關鍵詞： 五軸CNC加工機 、OMP400接觸式探頭 、加工間檢測
外文關鍵詞： 5-axis CNC machine tool, OMP400 touch trigger probe, in-cycle measurement
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    • 本論文主要利用OMP400觸發式探頭（touch trigger probe）整合於五軸CNC加工機上進行加工間檢測（in-cycle measurement），針對歪斜面上特徵與點資料進行探討與研究。OMP400觸發式探頭具高精度及高重複性，經過校驗過後之結果其誤差在1 μm內，可用於量測複雜之3D自由曲面、規則幾何形狀及歪斜面上幾何形狀，因此適合在五軸CNC加工機上進行綜合性量測之應用。在量測系統架構上，以個人筆記型電腦為基礎，將觸發式探頭及五軸CNC加工機進行軟硬體之整合，並將NC控制器與個人筆記型電腦整合之，而將所要加工及量測之NC程式碼經由NC控制器進行加工並檢測。本研究設計一歪斜面切削測試件做為載具，由於歪斜面切削測試件上幾何特徵在不同平面上，因此針對不同平面透過本研究開發之量測軟體進行最佳量測路徑規劃。在量測結果誤差比對分面，本研究利用三次元座標量測儀（CMM）量測相同工件，並在五軸CNC加工機上進行加工間檢測，最後進行誤差比對分析，量測歪斜面切削測試件之結果相對於CMM量測之誤差，針對四凸一凹大約在20 μm內，而ISO切削測試件為30 μm，其OMP400接觸式探頭可實際整合於五軸CNC加工機上進行加工間檢測。

    This work developed a five-axis in-cycle measurement system by integrating an OMP400 touch trigger probe system with the five-axis CNC machine tools. The OMP400 touch trigger probe is equipped with a vector-based measurement function that it can be used to do the 3D in-process measurement of a workpiece with freefrom surface and regular geometric features. The accuracy of the probe was determined by the repeatable measurement of the ring gauge. The center coordinates deviation of a ring gauge was, in general, within 0.5 microns, which based on the calibration results.
    The developed in-process measurement system comprises the laptop, the five-axis CNC machine controller and the RENISHAW OMP400 touch trigger probe system. A set of measuring software programmed with Visual Basic 2010 has been developed to carry out the measuring path configuration and measured data analysis. The geometric dimensional error between the In-cycle measurement and the CMM measurement was calculated by developed software. According to the experiment results, the measurement errors of the designed test workpiece was about 30 μm for regular geometric features and 20 μm for curve features by using the OMP400 probe.

    摘要 I Abstract II 誌謝 III 圖索引 VI 表索引 IX 第一章 緒論 1 1.1研究動機與目的 1 1.2文獻回顧 2 1.3研究方法與論文架構 7 第二章　量測原理與設備之介紹 9 2.1接觸式探頭量測原理及量測功能介紹 9 2.1.1接觸式探頭量測原理 9 2.1.2 OMP400觸發式探頭量測功能 11 2.2接觸式探頭量測及量測路徑生成的方式 13 2.2.1接觸式探頭量測的方式 13 2.2.2接觸式探頭量測路徑生成的方式 14 2.3計算法向量的方法與自由曲面量測步驟 14 2.3.1計算法向量的方法 15 2.3.2探頭半徑補正 19 2.3.3自由曲面量測步驟 20 2.4接觸式探頭之量測不確定度分析 20 2.4.1探頭校準 20 2.4.2加工機之定位精度校驗 23 2.4.3探頭之精密度校驗量測(Precision measurement) 27 2.5實驗設備 32 2.5.1五軸CNC加工機UX300 32 2.5.2三次元座標量測儀 34 2.5.3觸發式探頭系統(RENISHAW OMP400) 35 第三章　量測系統介紹 36 3.1硬體系統 39 3.2資訊系統 39 第四章 實驗方法與流程 45 4.1四凸一凹自由曲面與ISO切削測試件載具檢測 45 4.2歪斜面切削測試件實驗載具之製作 55 4.3量測路徑規劃與流程 60 4.3.1五軸CNC加工機之量測路經流程 61 4.3.2 CMM之量測路徑流程 63 第五章 實驗結果 65 5.1 實驗流程規劃 65 5.2 加工誤差比對 65 5.3 量測誤差比對 67 第六章 結論與未來展望 71 6.1 結論 71 6.1 未來研究方向 72 參考文獻 74 附錄一 77 附錄二 85 附錄三 87 附錄四 89 附錄五 91 附錄六 93 附錄七 94 附錄八 95 附錄九 96 附錄十 97 附錄十一 98 附錄十二 99 附錄十三 100 附錄十四 101 附錄十五 102 圖索引 圖2.1 OMP400觸發式探頭之工作原理圖 10 圖2-2 OMP400觸發式探頭量測功能示意圖 12 圖2-3 自由曲面之向量式量測功能示意圖 13 圖2-4 沿自由曲面法線方向產生量測路徑示意圖 15 圖2-5 Cubic Spline曲線 15 圖2-6 Composite Ferguson Spline計算量測點群沿u、w方向之切向量示意圖 19 圖2-7 探頭半徑補正示意圖[22] 19 圖2-8 OMP400探頭誤差狀況與調整位置圖 21 圖2-9 雷射干涉儀架構圖 24 圖2-10 光束強度示意圖 24 圖2-11 校正X軸定位精度 25 圖2-12 校正Y軸定位精度 26 圖2-13 校正Z軸定位精度 26 圖2-14 塊規（X：60 mm, Y：35 mm, Z：9 mm） 27 圖2-15 環規（∅41.981 mm） 27 圖2-16 陶瓷標準球 28 圖2-17 OMP400觸發式探頭 28 圖2-18 塊規之重複性與精密度在X方向誤差分度圖 29 圖2-19 塊規之重複性與精密度在Y方向誤差分度圖 29 圖2-20 塊規之重複性與精密度在Z方向誤差分度圖 30 圖2-21 環規之重複性與精密度誤差分佈 30 圖2-22 陶瓷標準球之重複性與精密度誤差分佈(Feed:300 mm/min) 31 圖2-23 陶瓷標準球之重複性與精密度誤差分佈(Feed:100 mm/min) 31 圖2-24 UX300五軸CNC加工機 32 圖2-25 Mitutoyo Crysta Apex C 544型三次元座標量測儀 35 圖3-1 接觸式探頭整合於五軸CNC加工機 37 圖3-2 五軸CNC加工機之控制器（SIEMENS 840D controller） 37 圖3-3 於個人電腦開發之接觸式量測系統軟體程式 38 圖3-4 接觸式量測系統示意圖 38 圖3-5 OMP400量測系統之程式介面 40 圖3-6 PowerINSPECT軟體之程式介面 40 圖3-7 量測系統軟體之主要七大模組 41 圖3-8 OMP400量測設定 42 圖3-9 干涉避障介面圖 42 圖3-10 量測路徑規畫之介面圖 43 圖3-11 自由曲面向量式量測介面 43 圖3-12 點資料取樣之介面圖 44 圖3-13 誤差分析比對之介面圖 44 圖4-1 ISO切削測試件 46 圖4-2 四凸一凹自由曲面載具 46 圖4-3 量測載具之流程圖 47 圖4-4 對ISO切削測試件進行路徑規劃 48 圖4-5 四凸一凹自由曲面進行量測路徑規劃 48 圖4-6 量測點順序 49 圖4-7 量測模擬圖 49 圖4-8 四凸一凹線上量測 50 圖4-9 於CMM進行量測誤差比對 50 圖4-10 ISO切削測試件之量測位置 51 圖4-11 ISO切削測試件誤差圖之Developed software與CMM 53 圖4-12 ISO切削測試件誤差圖之PowerINSPECT與CMM 53 圖4-13 四凸一凹量測誤差圖之CAD與CMM 54 圖4-14 四凸一凹量測誤差圖之Developed software與CMM 54 圖4-15 四凸一凹量測誤差圖之PowerINSPECT與CMM 55 圖4-16 量測載具之設計與製造流程圖 56 圖4-17 SolidWorks建構之CAD Model 57 圖4-18 HyperMILL軟體加工參數設定 57 圖4-19 HyperMILL軟體加工路徑規劃 58 圖4-20 HyperMILL軟體產生加工用之NC碼 58 圖4-21 歪斜面切削測試件加工完成圖 59 圖4-22 歪斜面切削測試件於五軸CNC加工機加工圖 59 圖4-23 歪斜面切削測試件架設於機台上之示意圖 61 圖4-24 旋轉後對ISO切削測試件進行量測 62 圖4-25 旋轉後對四凸一凹進行量測 62 圖4-26 於五軸CNC加工機上之量測路徑規劃 63 圖4-27 旋轉探頭後進行歪斜面切削測試件量測 64 圖5-1 CMM量測結果與CAD資料比對後之加工絕對誤差圖 66 圖5-2歪斜面切削測試件上ISO量測位置圖 66 圖5-3 五軸CNC加工試件與其CMM量測後其誤差比對分析 68 表索引 表2-1 五軸CNC加工機台之工作行程 32 表4-1 CNC Developed software之量測值 51 表4-2 CNC量測值之PowerINSPECT 51 表4-3 CMM量測值 51 表4-4 Developed software與CMM之量測誤差 51 表4-5 PowerINSPECT與CMM之量測誤差 52 表5-1 CMM量測結果與CAD資料比對後之加工誤差 66 表5-2 CMM量測結果與CAD資料比對之加工誤差之特徵 66 表5-3 CMM量測結果與CAD資料比對後之加工誤差 67 表5-4 CMM量測結果與CAD資料比對之加工誤差之特徵 68

    [1] 黃偉明，「精密曲面加工與機上量測系統的研製」，碩士論文，國立台灣大學，1997。
    [2] 林玉山，「CNC五軸工具機幾何誤差檢測系統」，碩士論文，虎尾科技大學，2010。
    [3] 許家銘，「CNC五軸工具機檢測裝置開發及應用」，碩士論文，虎尾科技大學，2011。
    [4] 陳志宏，「非接觸式自由曲面量測技術研究」，碩士論文，國立台灣大學，1990。
    [5] 李冠喻，「接觸式三次元精密量測技術於航太零組件之曲面量測與重建」，碩士論文，淡江大學，2002。
    [6] 林伯儒，「複合曲面線上量測技術之研究」，碩士論文，中原大學，1995。
    [7] 郝家駿，「OMP400觸發式探頭整合於四軸CNC雕刻機進行加工間檢測與避障問題之研究」，碩士論文，國立臺灣科技大學，2007。
    [8] 黃文勇，「以綜合加工中心機作曲面量測之研究」，碩士論文，中原大學，1992。
    [9] 陳明俊，「接觸式與非接觸式探頭系統整合於CNC工具機上之混合量測研究」，碩士論文，國立台灣科技大學，2000。
    [10] 王惠民，「SP2量測技術在逆向工程與電腦輔助設計與製造系統之整合研究」，碩士論文，中原大學，1996。
    [11] 劉正嶸，「綜合切削加工機線上掃描量測技術之研究」，碩士論文，中原大學，1993。
    [12] 蘇保全，「MP700觸發式探頭整合於CNC工具機作自由曲面之加工間檢測與統計製程品管分析研究」，碩士論文，國立台灣科技大學，2005。
    [13] J.Zeleny, M.Janda,“Automatic On-machine Measurement of Complex Parts”, modern machinery science journal, 2009.
    [14] Soichi Ibaraki, Takeyuki Iritani, Tetsuya Matsushita,“Calibration of location errors of rotary axes on five-axis machine tools by on-the-machine measurement using a touch-trigger probe”, International Journal of Machine Tools and Manufacturer, Vol. 58, pp.44-53 (2012).
    [15] W.T. Lei, Y.Y. Hsu,“Error measurement of five-axis CNC machines with 3D probe–ball”, Journal of Materials Processing Technology, Vol.139, Issues.1-3, pp.127-133 (2003)
    [16] Soichi Ibaraki, Takeyuki Iritani, Tetsuya Matsushita,“Error map construction for rotary axes on five-axis machine tools by on-the-machine measurement using a touch-trigger probe”, International Journal of Machine Tools and Manufacturer, Vol.68, pp.21-29.
    [17] J.P. Choi, B.K. Min, S.J. Lee,“Reduction of machining errors of a three-axis machine tool by on-machine measurement and error compensation system”, Journal of Materials Processing Technology, Vol.155-156, pp.2056-2064 (2004).
    [18] W.T. Lei, M.P. Sung,“NURBS-based fast geometric error compensation for CNC machine tool”, International Journal of Machine Tools and Manufacturer, Vol.48, Issues.3-4, pp.307-319 (2008).
    [19] Fang-Jung, Shiou, Ming-Jiunn, Chen, “Intermittent process hybrid measurement system on the machining centre,” J. Adv. Manuf. Syst., Vol. 41, No.18, pp.4403-4427(2003).
    [20] 范光照、張郭益，精密量具及機件檢測，高立圖書，2003。
    [21] N.N. Handbook for Inspection Plus for OMP400 Probe on Machining Centre Programming Manual, RENISHAW Company, United Kingdom, 2004.。
    [22] 賴勇成，「非接觸式多軸逆向工程量測系統之開發研究」，碩士論文，國立台灣科技大學，2003..
    [23] 百德機械股份有限公司， http://www.quaser.com/，(2013)。
    [24] Renishaw， http://www.renishaw.com.tw/，(2013)。
    [25] Mitutoyo Geopak-Window操作手冊，台灣三豐儀器股份有限公司，2005.
    [26] 吳明哲、何嘉益、張志成、周家旬，Visual Basic 2010學習範本 ，松崗資產管理股份有限公司，2010。
    [27] 曹祖聖、蔡文龍，Visual Basic 2010程式設計經典 ，碁峰資訊股份有限公司，2010。
    [28] 秦邦皓，Visual Basic 2010輕鬆學習，上奇資訊股份有限公司，2012。
    [29] PowerINSPECT 培訓教材，達康科技國際股份有限公司，2012.12

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