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光电检测技术在主轴误差识别中的应用摘要本文介绍了基于激光测试技术的数控机床误差识别与补偿研究，分析了国内外数控机床几何误差检测技术的发展现状，并介绍了高精度的CCD激光位移传感器的发展与基本原理，在此基础上，简单介绍了CCD传感器在主轴误差识别中的原理和系统硬件组成，并与传统的测量方法进行了比较，最后提出了CCD传感器在主轴误差识别领域的发展方向。1、问题提出装有数字程序控制(NC)系统的机床被称为数控机床，现代数控机床已不是靠挡板、行程开关、凸轮模拟等原始控制手段来实现加工控制的普通机床。高速化、高精度化仍然是数控机床今后的主要发展方向之一。高速加工是90年代蓬勃发展起来的一项高新技术，现已在工业发达国家得到了广泛的应用，取得了极其显著的技术经济效益。高速加工不仅具有极高的生产效率，而且由于切削力的大幅度降低、切削热被迅速带走，可以显著提高零件的加工精度和表面质量。高速加工的切削速度、进给速度都高于常规速度的5-10倍以上。 这些高速及超高速机床的动态特性的研究己成为一个新的研究课题。机床极微弱的振动都有可能破坏精密或超精密加工。机床的高速、高精度化要求机床结构具有更高的抗振性能。精密回转轴系是精密机床和精密仪器的关键部件，是系统精度的基础。精密机械加工中由于存在各种误差因素，不可能达到理想要求，总会存在各种误差。形成这些误差的因素有很多种，如动力传动链误差、结构误差，热误差、主轴回转误差等，其中对零件加工误差有最直接影响的是主轴回转运动误差。实验结果表面:精密车削的圆度误差约有30%-70%是由于主轴的回转误差引起的，且机床的精度越高，所占的比例越大。随着机械、电子、光学产业的迅速发展，对机床的检测精度要求也越来越高，传统的检测方法越来越不能满足机床误差检测的需求。激光检测技术是近年来发展迅速的一种新型检测技术。激光（LASER）实际上是60年代发明的一种光源，LASER是英文“受激放射光放大”的首字母缩写。激光器有很多种，尺寸大至几个足球场，小至一粒稻谷或盐粒。气体激光器有氦一氖激光器和氢激光器，固体激光器有红宝石激光器，半导体激光器有激光二极管，像CD机、DVD机和CD-ROM里的那些。每一种激光器都有自己独特的产生激光的方法。激光有很多特性:首先，激光是单色的，或者说是单频的。有一些激光器可以同时产生不同频率的激光，但是这些激光是互相隔离的，使用时也是分开的；其次，激光是相干光。相干光的特征是其所有的光波都是同步的，整束光就好像一个“波列”；再次，激光是高度集中的，也就是说它要走很长的一段距离才会出现分散或者收敛的现象。因此，激光不仅方向性强、亮度高，而且单色性好、相干性好。激光检测技术用于检测工作主要是利用激光的优异特性，将它作为光源，把被测对象的移动距离经过光电变换系统转变成电信号，再由计算机进行实时数据处理，给出测量结果，并数字显示。激光测试具有测量精度高、测量范围大、检测时间短、非接触式等优点，常用于测量长度、位移、速度、振动等参数。激光测试是一种集光学技术、现代激光、电子学、计算机、精密机械等多学科技术于一体的检测方法。基于激光测试技术的各种优点，激光测试技术在工业领域已经得到了广泛应用。数控机床中的主轴，如果具有误差运动，那么，轴上的刀具或者被加工件就会失去固定的回转中心，影响形状精度、粗糙度和测量精度，同时回转误差运动将导致强烈的振动和噪声，这对精密机械来说是不允许的。通过测量主轴回转误差可以预测机床在理想加工条件下所能达到的最小形状误差和粗糙度；还可用于机床加工补偿控制和评价机床主轴的工作精度；可以分析、判断产生加工误差的原因；监视回转轴的运行状态，及时发现和诊断回转轴出现的故障等。因此对主轴，特别是精密主轴的回转精度的研究显得非常重要。2、技术使用CCD是于1969年由美国贝尔实验室（Bell Labs）的维拉·/view/33220.htm波义耳(Willard S. Boyle）和乔治·/view/268449.htm史密斯（George E. Smith）所发明的。当时贝尔实验室正在发展影像电话和半导体气泡式内存。将这两种新技术结合起来后，/view/33220.htm波义耳和史密斯得出一种装置，他们命名为“电荷‘气泡’元件”（Charge Bubble Devices）。这种装置的特性就是它能沿着一片半导体的表面传递电荷，便尝试用来做为记忆装置，当时只能从暂存器用“注入”电荷的方式输入记忆。但随即发现光电效应能使此种元件表面产生电荷，而组成数位影像。到了70年代，贝尔实验室的研究员已经能用简单的线性装置捕捉影像，CCD就此诞生。有几家公司持续此一发明，着手进行进一步的研究，包括快捷半导体（Fairchild Semiconductor）、美国无线电公司（RCA）和德州仪器（Texas Ins