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激光干涉儀在數(shù)控機(jī)床測(cè)量的應(yīng)用

全球的競(jìng)爭(zhēng)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)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(cè)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(cè)量與補(bǔ)償。用傳統(tǒng)的激光干涉儀來(lái)測(cè)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(lái)進(jìn)行測(cè)量。  

美國(guó)光動(dòng)公司（ Optodyne, Inc. ）已為機(jī)床三維體積定位誤差測(cè)量開發(fā)了一種新的、突破性的激光矢量測(cè)量技術(shù)（美國(guó)專利 6,519,043, 2/11/2003 ）。這種測(cè)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(cè)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(lái)一直在制造三軸和五軸高速線性馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床。二年前 JOBS 用光動(dòng)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(cè)量技術(shù)，或者結(jié)合光動(dòng)公司發(fā)明的分步對(duì)角線測(cè)量技術(shù)， LDDM 使 JOBS 很容易地做到精確的測(cè)量，并可以在生產(chǎn)運(yùn)作發(fā)生危機(jī)前就察覺到問(wèn)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(lái)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(dòng)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(cè)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(jìng)爭(zhēng)性的質(zhì)量和價(jià)格交付用戶。  

分步對(duì)角線測(cè)量方法使用 4 條相同的對(duì)角線設(shè)置，采集了 12 組數(shù)據(jù)。在測(cè)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(cè)量得到的定位誤差可以用來(lái)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(dòng)的干涉儀以及分步對(duì)角線測(cè)量方法只要很少的幾次測(cè)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(wèn)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(wèn)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(lái)越好。而且，用于三維體積校準(zhǔn)的分步對(duì)角線測(cè)量需要最多 7 次測(cè)量，從這 7 次測(cè)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(lái)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(tái)。  

JOBS 公司使用的光動(dòng)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(dòng)的靶標(biāo)上反射回調(diào)制過(guò)的激光束，帶有位置信息的光束被探測(cè)到并經(jīng)過(guò)處理用來(lái)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(duì)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(duì)角線測(cè)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(tái)上，沿每一軸 X 軸、 Y 軸、 Z 軸分別分步交替移動(dòng)，這樣重復(fù)一直走到對(duì)角線的對(duì)角上。所有三個(gè)軸每一步移動(dòng)后對(duì)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(cè)量得到每一軸移動(dòng)時(shí)的位移誤差。  

靶標(biāo)移動(dòng)的軌跡并不是直線，側(cè)向移動(dòng)是較大的。而傳統(tǒng)的干涉儀不允許這么大的側(cè)向移動(dòng)，測(cè)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(dòng)不會(huì)轉(zhuǎn)移激光束，也不會(huì)改變從光源來(lái)的距離。因此，測(cè)量不會(huì)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(dòng)溫度補(bǔ)償單元。

自動(dòng)溫度補(bǔ)償也對(duì)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。