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提高激光干涉仪检测数控机床位置准确度的方法——激光干涉仪
编辑:商辉自动化设备(上海)有限公司  时间:2016-12-27

提高激光干涉仪检测数控机床位置准确度的方法

在数控机床位置准确度检测中,激光干涉仪是最常用的仪器。我厂使用的是英国RENISHAW公司生产的ML10双频激光干涉仪,该仪器性能稳定、使用方便,但影响测量准确度的因素较多,在测量过程中必须加以考虑,并应采取措施减少或消除影响因素。

一、环境因素的影响

1.影响因素

下面所列任何一种环境参数的变化都会导致大约1μm的误差:

(1)空气温度:1℃

(2)空气压力:0.3kPa

(3)相对湿度:30%

特别是振动对测量的影响是非常大的,振动可能导致测量数据的分散,明显影响重复性的测量。甚至可能使测量无法正常进行下去。

2.减少及消除的方法

(1)测量尽量在恒温车间进行,以保持环境温度的相对稳定。

(2)在环境参数偏离标准条件时,可使用EC10环境补偿单元对温度、压力、湿度进行自动补偿,可使上述(温度、压力、湿度)误差减少到±1.1μm。

(3)尽量关掉车间的照明灯和机床上的工作灯,以减少热源。

(4)在夏季,为了减少激光器的发热,可用电风扇对其进行散热和降温,以延长激光器的使用时间。

(5)在测量时,应尽量避免车间各种振动的产生,如机床、行车等。在必要时,可在下班或晚上比较安静的环境下测量。同时,应将反射镜和干涉镜分别安装在刀具/中滑板位置和床身位置上,激光器安装在尽量靠近机床的位置,使用尽可能短的加长安装附件来固定光学元件,以减少机床振动产生的影响。

二、机器表面温度的影响

1.影响因素

机器温度偏离20℃时,由于使用的材料温度传感器的测量准确度及输入机器热膨胀系数不正确的影响,对测量准确度也会产生影响。当材料温度传感器的准确度为±0.1℃,热膨胀系数为10μm/℃时,产生的测量误差为±1.0μm;若输入不正确的机器热膨胀系数会使准确度变化为10μm,甚至更多。

2.减少及消除的方法

由上看出,热膨胀系数是一个重要的误差来源,因此应该注意确保输入正确的数值,必要时,可向机器供应商进行咨询。

三、死程误差的影响

1.影响因素

死程是在使用EC10自动补偿的方式进行位置准确度测量中随环境参数的变化而产生的一种误差。由于在定“零点”时,固定光学镜和移动光学镜之间存在一段距离,EC10无法对“零点”和固定光学镜之间的距离进行补偿而产生误差

2.减少及消除的方法

在定“零点”时,若固定光学镜和移动光学镜是并排放置的,则死程误差可以忽略不计。

在移动光学镜位于坐标轴零点位置时,两个光学元件彼此间距离为最大的这种机器上,可按下述方法进行预置,以避免激光干涉仪以该点定零点时引起的潜在的死程误差:

①把移动光学镜放在坐标轴零点位置上;

②激光干涉仪定零点;

③把移动光学镜运动到坐标轴另一端(使两个光学镜尽量接近),注意要保持读数的符号与光栅尺的符号一致;

④当两个光学元件放在最接近的位置时,设置一个与激光干涉仪读数相等的预选值;

⑤在这个相同位置上重新设置零点,其值为预选值。

四、余弦误差的影响

1.影响因素

激光光束同运动坐标轴的调准误差会导致测量的距离和实际运动距离之间的误差,该误差与(1-cosθ)成正比,θ为激光光束同运动坐标轴线之间的误差夹角。

当激光测量系统的光路调整得与运动坐标轴不同轴时,该余弦误差会导致测量距离比实际运动距离短(如图2所示),用激光测量系统测量的实际距离为Ls,而实际运动距离为Lm。如θ角为0.167°,则引起的余弦误差为5μm/m。

2.减少及消除的方法

进行光路的细调校准以在测量坐标全行程上获得尽可能恒定的信号读数强度,然后微转激光头使测量读数值最大,由此来使余弦误差减至最小。

五、阿贝偏置误差的影响

1.影响因素

若激光光束调整得与指定的坐标轴为平行偏置时,在这种情况下进行测量,光学元件偏置安装引起的角度运动会导致阿贝偏置测量误差。该误差与LΦ成正比,其中,L为偏置距离,Φ为偏置角度。如Φ为0.0028°、L为100mm,所引起的阿贝偏置误差为5μm。

2.减少及消除的方法

由于恒定角度不会导致阿贝误差,所以,在测量时应固紧好移动光学镜以减少偏置角度的变化;尽量使测量轴线靠近机器光栅尺轴线以减少偏置位置距离。

六、光学元件的影响

1.影响因素

光学器件表面不干净会导致信号强度减弱,使精密测量变得困难,尤其是在测量较长距离的场合。

2.减少及消除方法

应加强对干涉镜和反射镜等光学元件的正确保管及使用,不能弄脏;若偶尔弄脏光学元件,可使用高质量的透镜拭纸和专卖店供应的无痕迹玻璃清洁液,按使用说明清洁灰尘、手印等。


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