双频激光干涉仪的原理与应用_二_.pdfVIP

1 9 9 6 年 第 3 0 卷 翅 5 双频激光干涉仪的原理与应用 (二 ) 机械部成都工具研究所 (6 1 0 0 5 6 ) 羡一 民 二 、 双频激光干 涉仪在机床 检定 中的应用 机床检定是 双频激光干涉仪 的主要用 途 , 与传统的检测方法相 比 , 具有 以下特点 : 1 可检测项 目多 。 双频激光干涉仪与不同 的附件组合 , 可测量距离 、 直线度 、 垂直度 、 偏摆 角 、 平行度 、 平面度 、 转 台精度及 速度 、 加速度 等 , 并可对机床振动情况进行分析 , 这些检测项 目几乎包括了机床精度检定的所有主要指标 。 o检测 时 , 可在机床工作部件 的运动过程 中自动采集数据 , 检测状态与机床工作状态一 致 , 测量数据准确反映了机床的实际工作状况 。 ? 可实现全 自动测量 , 避免了 人为因素的 影响 。 ? 检测 时 , 可 以及时按所规定标 准处理数 据 , 分析测量结果 , 为机床调整提供依据 。 ? 检测速度快 , 精度高 。 由于 上述特点 , 在国 内外 的机床检定标准 中 , 都推荐使用双频激光干涉仪 。 1 . 机床位置精度的检定 位置精度是各类机床的重要指标 。 使用双 频激光干涉仪的 长度测量功能 即可检定机床位 置精度 。 其测量原理在第一 讲中已作了介绍 。 测 量时仪器的安装如图 3 所示 。 将长度干涉仪置 于 固定位置 , 测量反射镜 安装在运动部件上 (亦可相 反 ) 。 在测量垂直坐 标时 , 有两种安装方法 。 如图 4 所示 , 左图是将 长度干涉仪通常的测量反 射镜与固定反射镜交 换使用 , 使测量光束折转 9。 “ ; 右图是使用专用 折向棱镜将测量光束折转 9少 。 后者在现场安 装时较为方便 。 门 、 , 以 频激 光 一 f 涉仪检定机床的位 置 精度 激光头 2 . 工作 台 3. 长度干 涉仪 4 . 测 址反射镜 }封 生 垂 直 人 卜标测 矛迁 1 . 激光头 2 . 长度 二 「涉仪 3 . 测量反射镜 4 . 折 向棱镜 在测 量 精度要求较高时 , 需考虑 温 度 影 响 和安装误差 , 尤其在 测量垂直 坐标时 , 空气和 机 床温度都存 在明显 的梯度 , 这给测量带来很大 困难 。 为解决此问题 , 如第一讲所述 , 可在 2 0 C 下长时间等温 , 使空气及机床温度均匀相 等 。 在测量的始端位置 ( 或末端位置 )使长度干 涉仪与测量反 射器尽量接近是消除空 程误差 的 有效方法 。 阿 贝误差实际反 映了机床精度 , 有时 有意将测量光轴置于机床加工空间距导轨的最 远处 , 以充分暴露机床在最大阿贝臂下的误差 。 测量数据 由计算机处理 。 成都工具研究所 生产的 MJ S 双 频激光 干涉 仪机床位置精度评 估软件 可 以按 G 1310 9 3 1一 8 9 、 、任) 1/ I X 乡Q 3 一 14 1、 I以 )/ D I S23O/ 2 等标准处理数据 。 图 5 所示为用 G B I O 9 31一 8 9 标准处理数据的结果 。 其 中 1 , 5 两条曲线为正向和 反向定位精度 曲线 , 八 , 为轴 线的双 向定位精度 , 2 , 4 为正向和 反向的平均 ‘ 偏差曲线 , 办 为位置系统偏差 , 3 、 为系统偏差曲 线 , 它是数控机床精度修正的依据 。 显然 , 上 述 5 条 曲线提供 了机床位置精 度 的全部信息 。 以 目标位置 N 12 为例 : 1 , 2 之间和 《工具技 术访 N·l!|!111 4 , 5 之间的距离表征了该位置的随机误差 ; 2 和 4 之差即该位置的换向误差 ; 3 的值为该点的系 统议差 J N , 卜 N 、 N N . N N N , N 。 N I N 拳 经性筋环 阶伟循 环 ‘工“才 图 6 检 定位置精 度的三种循 环方式 图 5 数控机床位置精度曲线 机床的数控系统一般都具有轴向位置误差 的修 正系统 , 可 根据测得的 曲线对机床进行调 整 和 修正 , 这一工作可分两步进行 : (1) 换向误差的 调整和修正 从图 5 的曲线可 以看出 , 如果机床的换 向 误差过大 , 不可能有好的位置精度 。 数控机床的 传动一般采用滚珠丝杠副 , 丝杠与螺母之间有 预 紧力 , 丝杠 与螺母的间隙不是换 向误差的主 要来源 , 换向误差主要来 自丝杠安装的轴向窜 动等环节 。 分析检测结果 , 如果换向误差过大 , 则需要对机床进行调整 , 然后再测量 , 再调整 , 直到 图 5 中的正 向平均偏差曲线与反向平均偏 差曲线相交或距离最小 。 然后将各测量点的换 向误差平均值输人数控系统进行软件修正 。 (2) 系统误差的修正 换 向误差修