激光干涉儀測量機床的定位精度

房崇建，張曉田

（陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司，陜西 西安 710077）

激光干涉儀測量機床的定位精度

房崇建，張曉田

（陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司，陜西 西安 710077）

激光干涉儀如何能快速測量機床的定位精度以及在測量過程中快速調(diào)節(jié)光路是非常重要的，經(jīng)過多年的現(xiàn)場檢測，總結(jié)了一些解決測量機床定位精度時出現(xiàn)的一些問題，并且在實踐中摸索出了一些快速調(diào)節(jié)光路的技巧，以供同行業(yè)參考或進一步探討。

激光干涉儀；機床；定位精度；光路調(diào)節(jié)

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.09.032

CLC NO.: U471 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)09-94-03

引言

隨著國內(nèi)高精尖數(shù)控加工設(shè)備的增多，數(shù)控機床以它的高精度、高效率、多功能等優(yōu)點受到越來越多的歡迎，為了保證大批的數(shù)控機床及加工中心的正常運行，需要用激光干涉儀定期對它們做精度檢查并指導(dǎo)維修，這樣才能保證機床的加工精度，保證加工產(chǎn)品質(zhì)量。

線性測量是激光干涉儀用來檢定機床定位精度的一種常見測量。

1、測量原理

激光器的光束射入線性干涉鏡，分為兩道光束。一道光束射向連接分光鏡的反射鏡，而第二道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分光鏡，重新匯聚之后返回激光頭，其中會有一個探測器監(jiān)控兩道光束間的干涉。在線性測量時，其中一個光學(xué)元件保持不變，而另一個則沿著線性軸移動，通過監(jiān)控測量及參考光束間光路差異的變化來執(zhí)行，測量的結(jié)果與待測機床的標(biāo)尺讀數(shù)比較，即可獲得機床精度的各種誤差。

2、線性測量所需的步驟

1.設(shè)置激光器系統(tǒng)以執(zhí)行線性測量。

2.使激光束與機床的運動軸準(zhǔn)直。

3.啟動自動環(huán)境補償功能并確保在軟件中輸入正確的材料膨脹系數(shù)。

4.測量和記錄機床的線性誤差。

5.分析采集到的數(shù)據(jù)。

3、 測量中遇到的問題及其分析

1.在線性測量過程中，尤其在測量與激光頭呈直角的水平軸和垂直軸、斜軸時，光路調(diào)節(jié)很困難，這樣反射鏡和折射鏡的巧妙安裝就非常重要。

在實際應(yīng)用中，當(dāng)測量不同的機床或者儀器的各種精度時，要巧妙的安裝反射鏡和折射鏡，這樣有時會對調(diào)節(jié)光路起到非常大的作用。例如：在檢測與激光頭成直角或者是垂直軸時（與激光頭呈直角的水平軸如圖B）就要巧妙的安裝折射鏡或者反射鏡，因為磁鐵座的固定方向是一定的，所以就要想到固定在磁鐵座上的折射鏡或者反射鏡易于前后左右翻轉(zhuǎn)或者移動。

2.使用光靶能簡單準(zhǔn)直激光束

在調(diào)節(jié)光路的過程中，光靶起到很重要的作用，尤其是在線性測量中，下面就如何利用光靶簡單準(zhǔn)直激光束的步驟介紹如下：

①沿著運動軸將機床推離激光頭，直到您看到光束開始移開光靶。 當(dāng)只有一半的光束仍然擊中白點時停止移動機床。 請注意光束現(xiàn)在偏離中心多遠。

3.水平光束調(diào)整

②用三腳架臺左后方的小旋鈕，調(diào)整激光頭的角度偏轉(zhuǎn)，以使光束橫掃過白色光靶。

繼續(xù)移動光束，直到它位于相反方向離中心的距離相同，如圖4所示。

③現(xiàn)在，用三腳架臺左邊中間的大旋鈕，調(diào)整激光頭水平平移，使光束返回光靶的水平中心線。

4.垂直光束調(diào)整

④請注意激光束在目標(biāo)上的垂直位置。

⑤使用激光頭后方的指形輪來調(diào)整其旋轉(zhuǎn)步長，使光束垂直掃過目標(biāo)。 調(diào)整指形輪，直到光束位于相反方向離目標(biāo)中心的距離相同的位置，如圖 6 所示。

⑥現(xiàn)在，使用三腳架中心主軸上的高度調(diào)整輪來將激光頭上下移動，直到光束再一次擊中目標(biāo)中心。此時，可能有必要進行另外一個較小的水平回轉(zhuǎn)調(diào)整，以使激光束返回到該目標(biāo)的中心。

⑦現(xiàn)在沿著運動軸繼續(xù)推離機床。 當(dāng)您看到激光頭移開目標(biāo)時再一次停止。 重復(fù)步驟2到6的激光器準(zhǔn)直調(diào)整，直到您達到軸的末端。

⑧達到軸的末端時，將機床移回激光器，來到軸的起點。

⑨若光束不再位于光靶中心，則水平平移激光器，使光束回到光靶的垂直中心線。

⑩然后，垂直平移激光頭，使光束回到光靶的中心。 此時，可能有必要進行另外一個較小的水平回轉(zhuǎn)調(diào)整，以使激光束返回到該光靶的中心。

（11）重復(fù)步驟 1 到 10，直到光束在整個運動軸范圍內(nèi)都能保持在光靶的中心。

5.為有利于調(diào)節(jié)光路，設(shè)計了萬能轉(zhuǎn)向連接裝置，如圖C右圖所示。改進前是把反射鏡和折射鏡直接安裝在連接桿上，如圖C左圖所示。改進后把反射鏡和折射鏡分別安裝在萬能轉(zhuǎn)向連接裝置上，如圖C右圖，這樣可實現(xiàn)各個方向的微調(diào)，克服了改進前磁力架只有單方向可微調(diào)的局限。實踐證明能大大提高準(zhǔn)直光路的速度。

6.在開始測量時，或者在返程測量時激光干涉儀不采點，可能由于以下原因：

① 可能由于光強太弱，不能達到測量要求；

② RENISHAW 軟件假定奇數(shù)運行是正數(shù)方法。為了遵循標(biāo)準(zhǔn)慣例（正數(shù)方法用于正增長的目標(biāo)位置），尤其是在當(dāng)軸的刻度為負(fù)數(shù)時，要確保第一個目標(biāo)位置與最后一個目標(biāo)位置相比是絕對值更大的負(fù)數(shù)（或絕對值更小的正數(shù)）（例如第一個目標(biāo)位置 = -800；最后一個目標(biāo)位置 = 0）。

③ 當(dāng)返回測量時，激光干涉儀不采集數(shù)據(jù)。分析“越程”量設(shè)置是否正確，或者機床在程序運行中有沒有考慮“越程”。

在所有情況下，一旦機床移動或等候一段時間過去或是按下一個按鍵而出現(xiàn)“越程”后，則狀態(tài)燈會熄滅，軟件準(zhǔn)備開始下一個運行?！霸匠獭绷康恼_設(shè)定對反向誤差的正確判定意義重大。現(xiàn)場編程員容易對此概念產(chǎn)生混淆。

經(jīng)過近一年的實踐，證明了以上方法的實用、可靠，填補了激光干涉儀檢測機床加工精度方面如何能快速調(diào)節(jié)光路的經(jīng)驗空白，以供同行業(yè)參考或進一步探討。

[1] 激光器系統(tǒng)手冊線性測量部分[S].

[2] 激光干涉儀軟件使用幫助[S].2011.9

[3] 葉聲華.激光在精密計量的應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社,1982.

[4] 王貴甫,陳桂林,陳雨良.基于激光干涉儀的角度測量技術(shù) [M].傳感器技術(shù),2001.

Positioning accuracy of laser interferometer for measuring machine tool

Fang Chongjian, Zhang Xiaotian
( Shaanxi Fast gear Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710077 )

How to use the laser interferometer to check the positioning accuracy of machine tools quickly and adjust the light path fast in the uessure process are very important.From the scenes of the test these years,I found some methods to solve the problems about checking the positioning accuracy of machine tools and summarized some skills to adjust light path quickly in practice. Which will provide the reference for the people in the same industy and profound discussion.

Laser interferometer; chine tool; Positioning accuracy; Light path adjustment

U471

A

1671-7988（2015）09-94-03

房崇建，就職于陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司。