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      激光干涉儀測量數控機床位置精度
      編輯:商輝自動化設備(上海)有限公司  時間:2017-04-24

      1. 激光干涉儀測量原理

        激光器發射單一頻率光束射入線性干涉鏡,然后分成兩道光束,一道光束( 參考光束) 射向連接分光鏡的反射鏡,而第二道透射光束( 測量光束)則通過分光鏡射入第二個反射鏡,這兩道光束再反射回到分光鏡,重新匯聚之后返回激光器,其中會有一個探測器監控兩道光束之間的干涉 。


        若光程差沒有變化時,探測器會在相長性和相消性干涉的兩極之間找到穩定的信號。若光程差有變化時,探測器會在每一次光程變化時,在相長性和相消性干涉的兩極之間找到變化信號,這些變化會被計算并用來測量兩個光程之間的差異變化。

      2. 激光干涉儀的用途

        激光干涉儀是一種以波長作為標準對被測長度進行測量的儀器。激光干涉儀是20 世紀60 年代末期問世的一種新型的測量設備,由美國HP 公司研制成功并于1970 年投入市場,隨即受到了相關行業特別是機床制造業的重視,其主要在: 線形、角度、垂直度、直線度、平面度等方面上應用。隨著激光干涉儀測量技術的不斷提高,測量軟件的不斷開發其測量范圍越來越廣泛,特別是在測量數控機床位置精度方面用途最為廣泛。

      3. 激光干涉儀測量數控機床位置精度

        (1) 測量環境激光干涉儀檢測數控機床位置精度的最為理想測量環境是在20℃ ± 2℃ 條件下進行。由于測量數控機床位置精度過程中工作現場很難控制在標準恒溫條件下進行,因此必須充分考慮測量環境的變化所引起的測量誤差。好在激光干涉儀本身具備自動補償功能,它可根據測量環境的空氣溫度、相對濕度、空氣壓力和3 個材料溫度傳感器的變化情況對激光光束波長進行自動修正補償。但是在激光測量采集數據過程中避免突發冷熱氣流的產生,特別指出的是數控機床的傳動系統滾珠絲杠和光柵尺等所產生的綜合熱效應是影響數控機床位置精度的主要誤差來源。


        (2) 測量標準根據GB17421. 2—2000 評定標準《機床檢驗通則第二部分: 數控軸線的定位精度及重復定位精度的確定》進行評定。通常數控機床位置精度包括: P 為定位精度; Ps為重復定位精度; Pa為位置偏差; U 為反向偏差。這些評定關鍵項目,往往是用戶最為關注,并且由此來評定機床精度的重要依據。

        (3) 測量準備工作在激光干涉儀測量機床前必須保證被測機床的幾何精度合格。主要包括: 確保激光干涉儀校準系統完好、有效、準確、可靠,確保機床整機幾何精度檢驗合格,確保被測機床具備檢測條件,確保機床控制系統參數設置正確,確保機床滑動部位運動自如,確保測量過程中工作環境溫度的恒定。

      4. 測量方法

        (1) 安裝調試激光干涉儀的線性折射鏡和線性反射鏡的安裝盡量選擇機床測量軸線位置( 刀具實際工作范圍內) ,可以減少產生阿貝誤差( 見圖2) 。線性折射鏡一般安裝在機床固定位置上( 機床主軸位置) ,線性反射鏡一般安裝在機床可動位置上 ( 機床回轉刀架位置) 。特別指出的是線性折射鏡與激光頭安裝位置盡量靠近,因為它們之間是盲區,激光干涉儀自動補償功能無法進行,將會產生死程誤差。在調試線性折射鏡和線性反射鏡的光路時盡量使激光頭放射的兩束平行光的光路相互一致。但是我們在實際調試光路時由于操作水平及安裝環境條件限制,可能產生光路的偏移,同時也就產生余弦誤差。不過我們在實際測量中做過試驗返回到激光頭光路的偏移量在0. 5mm 范圍內,將不會影響機床測量精度。如果光路偏移量過大,光路信號不在測量區域范圍內,也就無法測量了。


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