工具機產業一直以來，都是我國經濟發展不可或缺的重要產業，隨著加工精度的需求，如何加工出高精度高良率產品是一項重要課題，溫度變化一直是影響工具機加工精度一項主因。
本文將應用LASER R-TEST光學非接觸式檢測儀器亦建置智能化系統，搭配溫度感測器，特定的轉速配置，簡易操作、自動補償功能，並結合雲端建置AI補償模型，遠端建立模型以及更新模型，補償工具機控制器，達到提升工具機加工精度功效，期許儀器成為業者提升競爭力之最佳夥伴。
前言
在這產品品質、加工精度日益要求嚴苛的時代，對工具機加工誤差的控制也更加重要，然影響工具機最終加工精度會受到應力誤差、幾何誤差與熱誤差影響[1]，其中機台受到熱所造成的誤差更為顯著。而導致機台熱變形的來源主要分為外部熱源與內部熱源兩種，外部熱源主要來自太陽熱輻射與環境溫度變化所造成，而內部熱源來自於工具機運作時各機件相對運動摩擦、切削時所產生的熱，如：主軸、滾珠導螺桿、齒輪箱、馬達、導軌與其他零組件…等等。傳統改善主軸熱溫昇的方法有使用油冷機冷卻機台內部溫度，使熱源由高溫區傳導至低溫區和在進行加工之前先進行暖機，使機台主軸因溫度變化所造成的熱影響趨於穩定，降低因主軸熱變形所造成的加工誤差這兩種，但當加工時環境溫度與主軸轉速有變化，也會影響機台與主軸溫度變化，因此對產品精度改善有限。
在機械產業中，各廠商皆有各自量測主軸熱溫昇的方法，收集機台溫度與變形量之相對關係，如：讓主軸旋轉每隔一段時間移至量測點手動紀錄位移變化；架設位移、溫度量測儀器於主軸上自動對位移、溫度值進行記錄，然上述兩種僅能得知熱與位移之間相對關係，需額外搭配補償卡才能對機台進行補償，而本文應用主軸熱溫升智能化量測補償系統，提升工具機加工精度。
主軸熱溫升量測補償系統
此系統結合覺文郁教授團隊開發之位移、溫度量測與補償系統，將擷取到之數據上傳至雲端建置AI補償模型，之後對工具機即時補償；本系統之位移量測系統採用LASER R-TEST光學非接觸式檢測儀器[2]抓取主軸熱變形之變形量，而溫度量測系統透過IoT模組[3]抓取感測器所量測出之溫度，經由Wi-Fi傳輸收集數據。
LASER R-TEST光學非接觸式檢測儀器由兩個模組所組成，如圖1：
1. 感測模組：
由兩組的雷射和光電式四象限位置感測器組成，具備能同時抓取三軸位移訊號功能。
2. 球透鏡模組：
一體成形的高精密度玻璃球和玻璃棒，加上可調式刀把組合而成。
溫度量測系統由IoT模組、溫度感測器組成，如圖2：
1. IoT模組：
負責收集溫度資訊透過網路通訊方式進行資料傳輸。
2. 溫度感測器：
採用磁吸式數位溫度感測器，量測機台各個位置之溫度值。
補償系統具備兩大功能：
1. 溫補模型建立與更新：
將位移、溫度量測系統抓取到的數值傳至雲端建立AI補償模型，並將建置後的補償模型傳至機台端，達成遠端建模與模型更新之功能。
2. 即時補償：
補償系統透過網路與機台連線，能將模型預測出的補償數值傳至工具機達成即時補償功能。
整套系統具備以下特點：(1)高檢測精度 (2) 架設簡易(3) 安裝便利 (4) 高抗擾 (5) 溫度感測器具防油防水功能(6) 自動取樣(7) 自動補償(8) 人性化操作、即時顯示介面，如圖3……等多項功能。
主軸熱溫升量測補償系統應用
熱變形會因機台加工工單、周圍環境因素的不同，使每個熱變形誤差現象亦不同，故在熱溫升檢測介面是依ASME B5.54[4]標準條件所設計，可以設定取樣頻率、取樣時間、間隔時間與運轉時間等標準參數設定，在檢測時能即時量測各軸偏移量與各個位置溫度變化，並繪製於系統介面上，如圖3所示，其三個軸向、各個位置溫度資料有明顯的變化。
實驗流程與儀器架設
1. 實驗流程
整體的流程如圖4，因熱變形量與機台溫度變化有高度的相關，故需在機台上安裝LASER R-TEST與溫度感測器，以便測量機台位移與溫度變化，接著為提高模型對轉速變化的適應力，需透過合適的轉速配置進行數值抓取、建置AI模型，最終通過切削測試，測試模型的可靠度。
2. LASER R-TEST架設
為了得知工具機因熱而導致機構件變形所產生的位移量，首先將感測器架設於機台上，如圖5，並確保感測器量測的位移變化與機台軸向一致，透過可調式刀把調整玻璃球與主軸同心，之後將玻璃球移至感測器中心，即可量測機台三個軸向之位移變化。
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