2018年4月2日 星期一

Laser Tracker (02)-量測實務

日前有介紹過,對於60英呎(約1.5公尺)的鋁製棒材,有0.2度C的溫差時會有大概7um的熱膨脹長度差異,當雷射追蹤儀需要量測的物件都是非常大的(像747-400的機身長度有71公尺),而且現場並無法進行溫控,所以溫度差異造成的尺寸誤差是非常可觀的。因此在量測物件之前,就得先量測物件本身的溫度,確定物件本身的溫度為何~通常物件的設計人員會規定至少一個物件要取多少個溫度樣本,在物件的哪幾個地方取溫度樣本,同一時間的溫度樣本的差異不可超過幾度,每隔多少時間要取樣...等限制條件,跟CMM在恆溫條件(20度C+/-1度C)量測比起來,雷射追蹤儀需要注意更多外在因素,溫度就是其中一樣。
有了溫度和尺寸差異的問題後,為了解決這個問題,設計人員會訂定ㄧ個標準溫度(比如說20度C),並以標準溫度時的尺寸當做標稱尺寸(Nominal dimension),並以scale bar(我翻做比例尺棒)當做驗算標準,假定今天我在物件平均溫度為25度C時量測了所有尺寸,這些尺寸數據很明顯不可能和標稱尺寸(標稱為20度C)吻合,甚至無法達成公差要求。此時便需要把所有量測數據做Best Fit Transformation(最佳擬何轉換),轉換的矩陣就和機構學上的正向運動學的座標轉換矩陣類似,有空會再補ㄧ篇數學上的詳細計算~ 經過最佳擬何轉換後,量測數據和標稱尺寸的差異就會小很多,比例也會有所縮放(通常機器人學的關節運算或是CMM的疊代運算是不牽涉比例縮放的),因此會有個縮放前和縮放後的比值,我翻譯成比例因數(scale factor),但要如何保證轉換後的量測數據是可信的,此時就得靠比例尺棒了。
比例尺棒必須和物件的材料一致或熱膨脹係數相近,才有辦法驗證轉換的數據可信度。在量測物件溫度後,會再量測比例尺棒的溫度,先確保兩者溫度相近,在量測完物件的尺寸後,會再量測比例尺棒的長度,這比例尺棒的長度並不會參加最佳擬何轉換,而是我們轉換完後,會把比例尺棒的長度乘上比例因數來看比例尺棒的縮放長度是否和其標稱長度一致,如果在公差範圍內就代表轉換的結果是可信的。
這一篇就先寫到這,下一篇還是寫量測實務,因為使用這個儀器要注意的點真的一大堆

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