激光干涉儀在數(shù)控機(jī)床測量的應(yīng)用

全球的競爭和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求，對機(jī)床提出了更高的定位精度、更小的公差及更高的進(jìn)給率。為了達(dá)到這些要求并生產(chǎn)出高品質(zhì)高精度的零件，必須要測量機(jī)床的三維體積定位精度。

二十年前，機(jī)床的最大定位誤差為絲桿的螺距誤差及絲桿的熱膨脹誤差。但現(xiàn)在上述的大部份誤差已被大幅度降低，機(jī)床的主要誤差轉(zhuǎn)而變成垂直度誤差和直線度誤差。為了達(dá)到高的機(jī)床三維空間定位精度，機(jī)床上所有的3個(gè)位移誤差、6個(gè)直線度誤差和3個(gè)垂直度誤差都必須得到測量與補(bǔ)償。用傳統(tǒng)的激光干涉儀來測量直線度和垂直度誤差是較困難并費(fèi)時(shí)費(fèi)錢的。通常需要停機(jī)數(shù)日并要求有經(jīng)驗(yàn)的行家來進(jìn)行測量。

美國光動公司（Optodyne, Inc. ）已為機(jī)床三維體積定位誤差測量開發(fā)了一種新的、突破性的激光矢量測量技術(shù)（美國專利6,519,043, 2/11/2003）。這種測量方法僅需數(shù)小時(shí)就可以完成而不是傳統(tǒng)激光干涉儀的幾天。因此，三維體積定位誤差測量和補(bǔ)償變得實(shí)用，并可達(dá)到更高的精度和更小的公差。

意大利的一家公司JOBS S.P.A.自八十年代以來一直在制造三軸和五軸高速線性馬達(dá)驅(qū)動的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床。二年前JOBS用光動公司專利許可的激光多普勒干涉儀（LDDM）取代了傳統(tǒng)的激光校準(zhǔn)設(shè)備。結(jié)合三維體積定位誤差測量技術(shù)，或者結(jié)合光動公司發(fā)明的分步對角線測量技術(shù)，LDDM使JOBS很容易地做到精確的測量，并可以在生產(chǎn)運(yùn)作發(fā)生危機(jī)前就察覺到問題。如果零件不合格，就將直接影響裝配和電氣部門的生產(chǎn)。而如果零件加工不能滿足規(guī)定的公差，則要花更多時(shí)間來裝配以保證機(jī)床能做到加工精度的技術(shù)指標(biāo)。

用光動公司的三維體積激光校準(zhǔn)設(shè)備，JOBS公司花很少時(shí)間，幾次測量就得到了更完整的數(shù)據(jù)。使得JOBS公司很清楚地了解機(jī)床的誤差，便及時(shí)地校準(zhǔn)這些誤差，因而以更有競爭性的質(zhì)量和價(jià)格交付用戶。

分步對角線測量方法使用4條相同的對角線設(shè)置，采集了12組數(shù)據(jù)。在測量得到數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，所有三個(gè)位移誤差、六個(gè)直線度誤差和三個(gè)垂直度誤差都能確定。測量得到的定位誤差可以用來產(chǎn)生三維體積補(bǔ)償表，此表可以被上載到Siemens 840D控制器以校準(zhǔn)任何定位誤差，從而提高了定位精度。

JOBS公司報(bào)道了用光動的干涉儀以及分步對角線測量方法只要很少的幾次測量就得到了足夠多的數(shù)據(jù)，可以非常清楚地顯示出機(jī)床的狀態(tài)。JOBS非常容易地解決了一些通常的問題，諸如裝配誤差、溫度變化引起的誤差以及結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的問題等，并沒有增加裝配時(shí)間。JOBS生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量越來越好。而且，用于三維體積校準(zhǔn)的分步對角線測量需要最多7次測量，從這7次測量中可了解到大部分誤差的類型及大小。JOBS已經(jīng)認(rèn)定使用該方法來替代傳統(tǒng)儀器在裝配線上作為光學(xué)準(zhǔn)直儀、直尺以及花崗石平臺。

JOBS公司使用的光動公司的LDDM技術(shù)采用了單光束的MCV-500及雙光束的MCV-2002從一個(gè)可移動的靶標(biāo)上反射回調(diào)制過的激光束，帶有位置信息的光束被探測到并經(jīng)過處理用來產(chǎn)生查找表，因而能使控制器補(bǔ)償誤差。由于返回光束沒有像傳統(tǒng)的激光干涉儀那樣對偏移有要求，因此設(shè)置非?？?。僅需調(diào)整二個(gè)元件：一個(gè)單孔的發(fā)射和接受激光束的激光頭，一個(gè)作為靶標(biāo)的平面鏡。

JOBS公司報(bào)道了單光束的MCV-500利用分步對角線測量使得只要中斷很少裝配時(shí)間就可以得到三維體積定位誤差，因此大大降低了成本。

激光和平面鏡安置在主軸和工作臺上，沿每一軸X軸、Y軸、Z軸分別分步交替移動，這樣重復(fù)一直走到對角線的對角上。所有三個(gè)軸每一步移動后對角線的定位誤差就采集到了。這項(xiàng)技術(shù)采集了三倍的數(shù)據(jù)量，并允許可以測量得到每一軸移動時(shí)的位移誤差。

靶標(biāo)移動的軌跡并不是直線，側(cè)向移動是較大的。而傳統(tǒng)的干涉儀不允許這么大的側(cè)向移動，測不到數(shù)據(jù)。而LDDM激光干涉儀使用一個(gè)平面鏡作靶標(biāo)，平行于鏡子的移動不會轉(zhuǎn)移激光束，也不會改變從光源來的距離。因此，測量不會受到影響。

最多可以有四個(gè)工作位置的溫度傳感器連接到自動溫度補(bǔ)償單元。自動溫度補(bǔ)償也對諸如環(huán)境因素，如空氣溫度、大氣壓力以及機(jī)床溫度的變化提供補(bǔ)償。

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