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      提高激光干涉儀檢測數控機床位置準確度的方法——激光干涉儀
      編輯:商輝自動化設備(上海)有限公司  時間:2016-12-27

      提高激光干涉儀檢測數控機床位置準確度的方法

      在數控機床位置準確度檢測中,激光干涉儀是最常用的儀器。我廠使用的是英國RENISHAW公司生產的ML10雙頻激光干涉儀,該儀器性能穩定、使用方便,但影響測量準確度的因素較多,在測量過程中必須加以考慮,并應采取措施減少或消除影響因素。

      一、環境因素的影響

      1.影響因素

      下面所列任何一種環境參數的變化都會導致大約1μm的誤差:

      (1)空氣溫度:1℃

      (2)空氣壓力:0.3kPa

      (3)相對濕度:30%

      特別是振動對測量的影響是非常大的,振動可能導致測量數據的分散,明顯影響重復性的測量。甚至可能使測量無法正常進行下去。

      2.減少及消除的方法

      (1)測量盡量在恒溫車間進行,以保持環境溫度的相對穩定。

      (2)在環境參數偏離標準條件時,可使用EC10環境補償單元對溫度、壓力、濕度進行自動補償,可使上述(溫度、壓力、濕度)誤差減少到±1.1μm。

      (3)盡量關掉車間的照明燈和機床上的工作燈,以減少熱源。

      (4)在夏季,為了減少激光器的發熱,可用電風扇對其進行散熱和降溫,以延長激光器的使用時間。

      (5)在測量時,應盡量避免車間各種振動的產生,如機床、行車等。在必要時,可在下班或晚上比較安靜的環境下測量。同時,應將反射鏡和干涉鏡分別安裝在刀具/中滑板位置和床身位置上,激光器安裝在盡量靠近機床的位置,使用盡可能短的加長安裝附件來固定光學元件,以減少機床振動產生的影響。

      二、機器表面溫度的影響

      1.影響因素

      機器溫度偏離20℃時,由于使用的材料溫度傳感器的測量準確度及輸入機器熱膨脹系數不正確的影響,對測量準確度也會產生影響。當材料溫度傳感器的準確度為±0.1℃,熱膨脹系數為10μm/℃時,產生的測量誤差為±1.0μm;若輸入不正確的機器熱膨脹系數會使準確度變化為10μm,甚至更多。

      2.減少及消除的方法

      由上看出,熱膨脹系數是一個重要的誤差來源,因此應該注意確保輸入正確的數值,必要時,可向機器供應商進行咨詢。

      三、死程誤差的影響

      1.影響因素

      死程是在使用EC10自動補償的方式進行位置準確度測量中隨環境參數的變化而產生的一種誤差。由于在定“零點”時,固定光學鏡和移動光學鏡之間存在一段距離,EC10無法對“零點”和固定光學鏡之間的距離進行補償而產生誤差

      2.減少及消除的方法

      在定“零點”時,若固定光學鏡和移動光學鏡是并排放置的,則死程誤差可以忽略不計。

      在移動光學鏡位于坐標軸零點位置時,兩個光學元件彼此間距離為最大的這種機器上,可按下述方法進行預置,以避免激光干涉儀以該點定零點時引起的潛在的死程誤差:

      ①把移動光學鏡放在坐標軸零點位置上;

      ②激光干涉儀定零點;

      ③把移動光學鏡運動到坐標軸另一端(使兩個光學鏡盡量接近),注意要保持讀數的符號與光柵尺的符號一致;

      ④當兩個光學元件放在最接近的位置時,設置一個與激光干涉儀讀數相等的預選值;

      ⑤在這個相同位置上重新設置零點,其值為預選值。

      四、余弦誤差的影響

      1.影響因素

      激光光束同運動坐標軸的調準誤差會導致測量的距離和實際運動距離之間的誤差,該誤差與(1-cosθ)成正比,θ為激光光束同運動坐標軸線之間的誤差夾角。

      當激光測量系統的光路調整得與運動坐標軸不同軸時,該余弦誤差會導致測量距離比實際運動距離短(如圖2所示),用激光測量系統測量的實際距離為Ls,而實際運動距離為Lm。如θ角為0.167°,則引起的余弦誤差為5μm/m。

      2.減少及消除的方法

      進行光路的細調校準以在測量坐標全行程上獲得盡可能恒定的信號讀數強度,然后微轉激光頭使測量讀數值最大,由此來使余弦誤差減至最小。

      五、阿貝偏置誤差的影響

      1.影響因素

      若激光光束調整得與指定的坐標軸為平行偏置時,在這種情況下進行測量,光學元件偏置安裝引起的角度運動會導致阿貝偏置測量誤差。該誤差與LΦ成正比,其中,L為偏置距離,Φ為偏置角度。如Φ為0.0028°、L為100mm,所引起的阿貝偏置誤差為5μm。

      2.減少及消除的方法

      由于恒定角度不會導致阿貝誤差,所以,在測量時應固緊好移動光學鏡以減少偏置角度的變化;盡量使測量軸線靠近機器光柵尺軸線以減少偏置位置距離。

      六、光學元件的影響

      1.影響因素

      光學器件表面不干凈會導致信號強度減弱,使精密測量變得困難,尤其是在測量較長距離的場合。

      2.減少及消除方法

      應加強對干涉鏡和反射鏡等光學元件的正確保管及使用,不能弄臟;若偶爾弄臟光學元件,可使用高質量的透鏡拭紙和專賣店供應的無痕跡玻璃清潔液,按使用說明清潔灰塵、手印等。


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