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研究生: 蘇保全
Po-Chuan Su
論文名稱: 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
Intermittent process measurement and statistical process analysis of a free-form surface by integrating a MP700 touch trigger probe with a CNC machining center
指導教授: 修芳仲
Fang-Jung Shiou
口試委員: 林榮慶
none
林清安
none
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: 2005
畢業學年度: 93
語文別: 中文
論文頁數: 152
中文關鍵詞: ISO切削測試件MP700觸發式探頭製程能力指標加工間檢測
外文關鍵詞: MP700 touch trigger probe, intermittent process measurement, ISO 10791-7 cutting test standard, process capability index
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  • 本研究主要目的是以MP700觸發式探頭(touch trigger probe)針對自由曲面(free-form surface)作加工間檢測(Intermittent process measurement),MP700觸發式探頭具有高精度與高重複性可作規則幾何形狀尺寸量測,並且同時擁有量測三維曲面點群資料(3D measurement)的功能,因此適合應用於CNC工具機上做綜合性的量測。本研究以個人電腦為基礎,將MP700觸發式探頭與切削中心機的NC控制器及個人電腦作資訊整合,而量測所需的NC程式,則可藉由RS-232串列介面經由PC傳送至NC控制器,以驅動工具機。另外,本研究也將設計並製造一可供實驗量測之載具,載具為ISO切削測試件及四凸一凹之幾何工件、滑鼠試件,依待測件之幾何形狀規劃出最佳的量測路徑。再利用三次元座標量測儀(C.M.M.)量測相同載具,並以C.M.M.量測結果為基準做量測誤差比對。
    最後以統計製程品管(SPC)方法來分析CNC工具機的製程能力與本文所發展之量測系統的穩定性與準確性,在規則幾何形狀部分,經由自行開發的量測系統中,可任意點選欲分析的特徵點來分析其製程能力指標( )、製程能力偏移指標( )、製程準確度( )值,實驗結果顯示CNC工具機的製程能力相當良好,適合作為一般幾何工件的加工機台;在自由曲面部分,經SPC分析後得到其 、 、 值,再由常態分佈曲線中可看到,其自由曲面量測誤差結果相當集中,證明本研究所開發之量測系統相當穩定,因此可真正整合應用於CNC工具機上作加工間檢測。


    The objective of this study is to develop an intermittent process measurement system by integrating a MP700 touch trigger probe system with a machining center to measure a workpiece containing freeform surface and regular geometric features and to do the statistical process control analysis. The whole measuring system consisting of a personal computer, a CNC machining center controller, a RENISHAW MP700 touch probe system was integrated information-technically. The measuring uncertainty of the MP700 touch trigger probe system integrated with the machining center was about 3 um based on the investigation of a standard ball. Measuring software was also developed to simulate the measuring path, prevent collision, generate the corresponding measuring NC codes and calculate the process capability indices, such as the overall capability index ( ), the worst-case capability index ( ) and the capability of accuracy ( ).
    To evaluate the performance of the developed measuring system a carrier combined with free form surface and regular geometric features referred to in the ISO 10791-7 cutting test standard was designed, manufactured and inspected. The measuring results of this carrier were verified through a coordinate measuring machine with satisfactory result. According to the measuring results, the developed hybrid measuring system was successfully and effectively used to carry out the intermittent process measurement on the machining center to measure the test carrier and a mouse mould cavity.
    The process capability indices, namely the , , , for each of the regular geometric features and freeform surface feature referred to in the ISO 10791-7 cutting test standards could be determined by the developed measuring software. The process capability of the used machine tool was quite good and stable based on the measurement results.

    中文摘要………………………………………………………………..Ⅰ Abstract……………………………………….………………………..Ⅲ 誌 謝………………………………………………………………..…Ⅴ 目 錄………………………………………………………………..…Ⅵ 圖索引…………………………………………………………………..Ⅹ 表索引………………………………………………………………..ⅩⅣ 第一章 緒論....……..………………………….…………….………...1 1.1研究動機目的…………………………………………………..1 1.2文獻回顧………………………………………………………..3 1.3研究方法與論文架構………………………………….……..12 第二章 量測自由曲面與統計製程品管介紹..……………….……..14 2.1量測探頭分類介紹…………….……………………………..14 2.1.1接觸式探頭………….………………………………….15 2.1.2非接觸式探頭………….……………………………….17 2.2接觸式探頭量測原理及量測功能介紹………………………18 2.2.1接觸式探頭量測原理………………….……………….18 2.2.2 MP700觸發式探頭量測功能………………………….20 2.3接觸式探頭量測及量測路徑生成的方式……….…………..22 2.3.1接觸式探頭量測原理及量測功能介紹………………22 2.3.2接觸式探頭量測路徑生成的方式…………………..22 2.4計算法向量的方法與自由曲面量測步驟……………………23 2.4.1計算法向量的方法……………………………………23 2.4.2探頭半徑補正………………………………………..28 2.4.3自由曲面量測步驟……………………………………29 2.5接觸式探頭之不確定度分析……………………………….. 30 2.5.1探頭校準……………………………………………..30 2.5.2重複性(Repeatability)……………………………….35 2.5.3精密度(Precision) …………………………………..35 2.6統計製程品管理論介紹……………………………………..38 2.6.1機率分配……………………………………..………..39 2.6.2常態分配..……………………………………………..40 2.6.3製程能力解析…………………………………………43 2.7實驗設備………………………………………………………44 第三章 接觸式量測之系統整合與介紹….…………….…………...48 3.1系統簡介………………………………………………………48 3.2硬體整合與資訊系統之整合…………………………………50 3.2.1硬體系統………………………………………………50 3.2.2資訊系統.……………………………………………..51 3.3工具機精度校驗…………………………………….………..55 第四章 自由曲面量測規劃與誤差比對…….…………..…………..59 4.1自由曲面點資料量測(Measurement)…………………..….59 4.1.1實驗載具製作…………….…………………………….59 4.1.2量測路徑規劃…………………………………………..69 4.2誤差比對……………………...…….………..……………..71 第五章 實驗結果…………………………………..…….…………..76 5.1製造與量測流程規劃………………………………………...77 5.2 CAD/CAM系統…………………………..…………………..77 5.3量測路徑規劃…………………………..…………………….81 5.4加工間檢測(Intermittent process measurement )…..85 5.5誤差比對結果…………….…………………………………..86 5.6統計製程品管分析結果……………...……………………..101 第六章 結論與未來研究方向…………..……………………….…105 6.1結論……………………………………….…………………105 6.2未來研究方向……………………….………………….…...107 參考文獻………………………………...…...……………………….108 附錄一……………………………………………………...…………114 附錄二…..…………………………………………………….………115 附錄三……………………………………………………………...…116 附錄四……………………………………………………………...…125 附錄五……………………………………………………………...…130 附錄六……………………………………………………………...…136 附錄七……………………………………………………………...…139 附錄八……………………………………………………………...…142 附錄九……………………………………………………………...…143 附錄十……………………………………………………………...…144 附錄十一…………………………………………………………...…148 作者簡介……………………………………………………………...152

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    全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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