激光干涉儀在機(jī)床精度檢測(cè)中的應(yīng)用

范浩+宮德波

摘 要：隨著數(shù)控機(jī)床在企業(yè)中的廣泛使用，采用激光干涉儀對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行定位精度檢測(cè)已經(jīng)成為目前公認(rèn)的高效、高精度的檢測(cè)方法。不同的機(jī)床使用激光干涉儀檢測(cè)的精度曲線會(huì)有所相同，因此就需要對(duì)不同的測(cè)試結(jié)果給予全面而科學(xué)地分析。該文主要敘述了激光干涉儀在數(shù)控機(jī)床位置精度檢測(cè)中應(yīng)用和測(cè)量過程中誤差產(chǎn)生的原因以及消除誤差方法。

關(guān)鍵詞：激光干涉儀 測(cè)量誤差 產(chǎn)生及消除

中圖分類號(hào)：TH161 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）08（b）-0080-02

在檢測(cè)數(shù)控車床位置精度時(shí)，激光干涉儀是運(yùn)用最多的測(cè)量工具。該文以山推工程機(jī)械股份公司為例，該公司采用的是雷尼紹的激光干涉儀，它的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品成熟，操作方便，性能穩(wěn)定。缺點(diǎn)是使用過程中受干擾的因素過多。因此在使用過程中，應(yīng)全面考慮各種因素的影響，并采取措施消除。

1 激光校準(zhǔn)系統(tǒng)

以使用英國(guó)雷尼紹激光校準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行線性測(cè)量為例，介紹雙頻激光干涉儀檢測(cè)法。

1.1 線性干涉儀的測(cè)量原理

按圖1所示方式將線性反光鏡和兩個(gè)分光鏡連接，我們稱為“線性干涉鏡”。它的作用是為光束提提供一個(gè)路徑。圖中光束依照箭頭的方向傳播。

入射光束進(jìn)入線性干涉鏡，分成兩道光束，一道為參考光束，另一道為光束。參考光束進(jìn)入反射鏡，測(cè)量光束通過分光鏡進(jìn)入另一個(gè)反射鏡，然后集中匯聚到激光頭，酒缸頭內(nèi)部有探測(cè)器來監(jiān)控這兩道光束。

在測(cè)量時(shí)，需要保證干涉鏡不動(dòng)，而使反射鏡沿著被測(cè)量的軸移動(dòng)。在移動(dòng)過程中，干涉儀將采集光束路線的變化通過測(cè)量結(jié)果與待測(cè)機(jī)床的標(biāo)尺讀數(shù)比較，便可測(cè)得機(jī)床精度的誤差。

1.2 進(jìn)行線性測(cè)量的一般步驟

（1）安裝設(shè)置激光干涉儀

（2）將激光束與被測(cè)量的軸校準(zhǔn)

（3）啟動(dòng)測(cè)量軟件，并輸入相關(guān)參數(shù)（如材料膨脹系數(shù)）。

（4）在機(jī)床上輸入測(cè)量程序，啟動(dòng)干涉儀測(cè)量，并記錄數(shù)據(jù)。

（5）用測(cè)量軟件分析測(cè)量數(shù)據(jù)，生產(chǎn)補(bǔ)償文件。

光束快速準(zhǔn)直步驟

（1）沿著運(yùn)動(dòng)軸將反射鏡與干涉鏡分開。

（2）移動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)，當(dāng)光束離開光靶外圓時(shí)停止移動(dòng)。

垂直光束調(diào)整

（3）使用激光頭后方的指形輪使兩道光束回到相同的高度。

（4）使用三腳架中心主軸上的高度調(diào)整輪使激光頭上下旋轉(zhuǎn)，直到兩道光束都擊中光靶中心。

水平光束調(diào)整

（5）用三腳架左后方的小旋鈕，調(diào)整激光頭的角度偏轉(zhuǎn)，使兩道光束彼此重疊。

（6）用三腳架左邊中間的大旋鈕，調(diào)整激光頭的水平位置，使兩道光束擊中光靶的中心。

（7）沿著運(yùn)動(dòng)軸重新開始移動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)。在看到光束移開光靶時(shí)再次停止。重復(fù)步驟3到6，直到完成整個(gè)軸向的光鏡準(zhǔn)直。

（8）達(dá)到軸的末端時(shí)，將機(jī)床移回，使反光鏡及線性反射鏡互相靠近。注：若其中一道光束離開光閘的光靶，是由于反光鏡側(cè)向偏移所造成。上下左右移動(dòng)反光鏡，使從反光鏡返回的光束與干涉鏡的光束在光閘的光靶上互相重疊。

重復(fù)步驟1到8，直到兩道光束在整個(gè)運(yùn)動(dòng)軸長(zhǎng)度范圍內(nèi)都保持在光靶的中心。

（9）保持光束和測(cè)量軸準(zhǔn)直。將光閘旋轉(zhuǎn)到其測(cè)量位置。當(dāng)反光鏡沿著機(jī)床的整個(gè)運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度移動(dòng)時(shí)，檢查線性數(shù)據(jù)采集軟件中顯示的信號(hào)強(qiáng)度。

2 測(cè)量誤差的產(chǎn)生及消除方法

在使用激光干涉儀對(duì)數(shù)控機(jī)床的位置精度檢測(cè)中，導(dǎo)致測(cè)量精度偏差的因素很多，必須采取措施分析消除。外界環(huán)境的變化將會(huì)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性參數(shù)影響，如空氣溫度變化1 ℃、空氣壓力變化0.3 kPa、相對(duì)濕度變化30%。尤其是振動(dòng)對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確性的影響，振動(dòng)產(chǎn)生的影響主要表現(xiàn)在測(cè)量數(shù)據(jù)的分散，重復(fù)測(cè)量精度差，甚至導(dǎo)致無法測(cè)量。

因此，應(yīng)保證外界環(huán)境的穩(wěn)定性，最好在恒溫環(huán)境中測(cè)量。在外界環(huán)境偏離測(cè)量要求的標(biāo)準(zhǔn)條件時(shí)，可使用相關(guān)的補(bǔ)償參數(shù)加以修正，測(cè)量軟件可自動(dòng)對(duì)溫度、壓力、濕度等條件進(jìn)行補(bǔ)償。盡量減少熱源（照明燈、機(jī)床工作燈）。盡可能的減少外界的各種振動(dòng)，可以在下班后比較安靜的環(huán)境下測(cè)量。干涉儀的安裝位置盡量靠近機(jī)床，并用較短的加長(zhǎng)桿固定光學(xué)元件。磁力表座應(yīng)直接吸在機(jī)床床身或刀架等表面，避免吸裝在機(jī)床護(hù)罩或護(hù)蓋較薄弱的部分，確保吸裝的表面平坦且沒有油漬及塵土。

以下具體分析各影響因素及消除方法。

（1）機(jī)床溫度偏離，將導(dǎo)致輸入的膨脹系數(shù)與材料的實(shí)際變化不同，影響測(cè)量精度。如果溫度傳感器的精度為±0.1 ℃，而膨脹系數(shù)變化10 μm/℃時(shí)，將產(chǎn)生±1.0 μm的測(cè)量誤差；若輸入不正確的機(jī)器熱膨脹系數(shù)輸入不正確，產(chǎn)生的誤差會(huì)更多。因此，應(yīng)保證外界環(huán)境溫度的穩(wěn)定性，最好在恒溫環(huán)境中測(cè)量。

（2）余弦誤差的影響。在激光束的校準(zhǔn)過程中，不可能保證光束與運(yùn)動(dòng)軸的絕對(duì)平行，比如會(huì)產(chǎn)生一個(gè)夾角θ，我們稱為誤差?yuàn)A角，該誤差與（1-cos）成正比。該余弦誤差就會(huì)使得測(cè)量距離比實(shí)際值小，如圖2所示。

因此，要減少及消除余弦誤差，應(yīng)在校準(zhǔn)光束時(shí)，盡可能使干涉儀檢測(cè)的光束信號(hào)強(qiáng)度在運(yùn)動(dòng)軸的全程保持恒定，從而余弦誤差最小。

（3）測(cè)量元件的影響。光學(xué)元件不清潔會(huì)導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度降低，從而難以達(dá)到高精度測(cè)量結(jié)果。特別是在被測(cè)量軸的運(yùn)動(dòng)距離比較長(zhǎng)時(shí)。因此，在光學(xué)元件的保管和使用過程中，應(yīng)盡量保證光學(xué)元件表面的清潔，若發(fā)現(xiàn)光學(xué)元件被弄臟的情況，可使用專用的的透鏡拭紙和無痕跡清潔液去除灰塵手印等。

3 結(jié)語

機(jī)床本身精度不佳會(huì)帶來上述各種誤差，但也不能排除在某種情況下激光干涉儀操作不當(dāng)也是會(huì)帶來較大誤差。伺服電機(jī)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)、電機(jī)與絲桿連接誤差、檢查機(jī)床的俯仰和絲桿同軸度。絲杠或傳動(dòng)系統(tǒng)故障、編碼器問題或故障都會(huì)影響或被放大線性，影響機(jī)床精度。為了讓調(diào)試者直接準(zhǔn)確的找到問題分析方法，建議：（1）車間激光干涉儀檢測(cè)前機(jī)床須做到：機(jī)床潤(rùn)滑充足，機(jī)床預(yù)熱（跑和1 h），檢查激光校準(zhǔn)情況及穩(wěn)定情況。檢查材料溫度測(cè)量不正確或波長(zhǎng)補(bǔ)償合理性。（2）維修者：多用量表，檢具檢查機(jī)床各項(xiàng)幾何精度和各驅(qū)動(dòng)部件鎖緊情況，盡量避免強(qiáng)行拉絲桿、敲軸承從而影響機(jī)床部件精度。

參考文獻(xiàn)

[1] 鐘偉弘.數(shù)控機(jī)床定位誤差的激光干涉法檢測(cè)與補(bǔ)償[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加下技術(shù)，2000，7（9）：39.

[2] 陳國(guó)琛.數(shù)控機(jī)床位置精度檢測(cè)與調(diào)試[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2004，10（5）：65.

[3] 張立.新型長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)[J].科技動(dòng)態(tài)，2010，4（2）：39.endprint

摘 要：隨著數(shù)控機(jī)床在企業(yè)中的廣泛使用，采用激光干涉儀對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行定位精度檢測(cè)已經(jīng)成為目前公認(rèn)的高效、高精度的檢測(cè)方法。不同的機(jī)床使用激光干涉儀檢測(cè)的精度曲線會(huì)有所相同，因此就需要對(duì)不同的測(cè)試結(jié)果給予全面而科學(xué)地分析。該文主要敘述了激光干涉儀在數(shù)控機(jī)床位置精度檢測(cè)中應(yīng)用和測(cè)量過程中誤差產(chǎn)生的原因以及消除誤差方法。

關(guān)鍵詞：激光干涉儀 測(cè)量誤差 產(chǎn)生及消除

中圖分類號(hào)：TH161 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）08（b）-0080-02

在檢測(cè)數(shù)控車床位置精度時(shí)，激光干涉儀是運(yùn)用最多的測(cè)量工具。該文以山推工程機(jī)械股份公司為例，該公司采用的是雷尼紹的激光干涉儀，它的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品成熟，操作方便，性能穩(wěn)定。缺點(diǎn)是使用過程中受干擾的因素過多。因此在使用過程中，應(yīng)全面考慮各種因素的影響，并采取措施消除。

1 激光校準(zhǔn)系統(tǒng)

以使用英國(guó)雷尼紹激光校準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行線性測(cè)量為例，介紹雙頻激光干涉儀檢測(cè)法。

1.1 線性干涉儀的測(cè)量原理

按圖1所示方式將線性反光鏡和兩個(gè)分光鏡連接，我們稱為“線性干涉鏡”。它的作用是為光束提提供一個(gè)路徑。圖中光束依照箭頭的方向傳播。

入射光束進(jìn)入線性干涉鏡，分成兩道光束，一道為參考光束，另一道為光束。參考光束進(jìn)入反射鏡，測(cè)量光束通過分光鏡進(jìn)入另一個(gè)反射鏡，然后集中匯聚到激光頭，酒缸頭內(nèi)部有探測(cè)器來監(jiān)控這兩道光束。

在測(cè)量時(shí)，需要保證干涉鏡不動(dòng)，而使反射鏡沿著被測(cè)量的軸移動(dòng)。在移動(dòng)過程中，干涉儀將采集光束路線的變化通過測(cè)量結(jié)果與待測(cè)機(jī)床的標(biāo)尺讀數(shù)比較，便可測(cè)得機(jī)床精度的誤差。

1.2 進(jìn)行線性測(cè)量的一般步驟

（1）安裝設(shè)置激光干涉儀

（2）將激光束與被測(cè)量的軸校準(zhǔn)

（3）啟動(dòng)測(cè)量軟件，并輸入相關(guān)參數(shù)（如材料膨脹系數(shù)）。

（4）在機(jī)床上輸入測(cè)量程序，啟動(dòng)干涉儀測(cè)量，并記錄數(shù)據(jù)。

（5）用測(cè)量軟件分析測(cè)量數(shù)據(jù)，生產(chǎn)補(bǔ)償文件。

光束快速準(zhǔn)直步驟

（1）沿著運(yùn)動(dòng)軸將反射鏡與干涉鏡分開。

（2）移動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)，當(dāng)光束離開光靶外圓時(shí)停止移動(dòng)。

垂直光束調(diào)整

（3）使用激光頭后方的指形輪使兩道光束回到相同的高度。

（4）使用三腳架中心主軸上的高度調(diào)整輪使激光頭上下旋轉(zhuǎn)，直到兩道光束都擊中光靶中心。

水平光束調(diào)整

（5）用三腳架左后方的小旋鈕，調(diào)整激光頭的角度偏轉(zhuǎn)，使兩道光束彼此重疊。

（6）用三腳架左邊中間的大旋鈕，調(diào)整激光頭的水平位置，使兩道光束擊中光靶的中心。

（7）沿著運(yùn)動(dòng)軸重新開始移動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)。在看到光束移開光靶時(shí)再次停止。重復(fù)步驟3到6，直到完成整個(gè)軸向的光鏡準(zhǔn)直。

（8）達(dá)到軸的末端時(shí)，將機(jī)床移回，使反光鏡及線性反射鏡互相靠近。注：若其中一道光束離開光閘的光靶，是由于反光鏡側(cè)向偏移所造成。上下左右移動(dòng)反光鏡，使從反光鏡返回的光束與干涉鏡的光束在光閘的光靶上互相重疊。

重復(fù)步驟1到8，直到兩道光束在整個(gè)運(yùn)動(dòng)軸長(zhǎng)度范圍內(nèi)都保持在光靶的中心。

（9）保持光束和測(cè)量軸準(zhǔn)直。將光閘旋轉(zhuǎn)到其測(cè)量位置。當(dāng)反光鏡沿著機(jī)床的整個(gè)運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度移動(dòng)時(shí)，檢查線性數(shù)據(jù)采集軟件中顯示的信號(hào)強(qiáng)度。

2 測(cè)量誤差的產(chǎn)生及消除方法

在使用激光干涉儀對(duì)數(shù)控機(jī)床的位置精度檢測(cè)中，導(dǎo)致測(cè)量精度偏差的因素很多，必須采取措施分析消除。外界環(huán)境的變化將會(huì)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性參數(shù)影響，如空氣溫度變化1 ℃、空氣壓力變化0.3 kPa、相對(duì)濕度變化30%。尤其是振動(dòng)對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確性的影響，振動(dòng)產(chǎn)生的影響主要表現(xiàn)在測(cè)量數(shù)據(jù)的分散，重復(fù)測(cè)量精度差，甚至導(dǎo)致無法測(cè)量。

因此，應(yīng)保證外界環(huán)境的穩(wěn)定性，最好在恒溫環(huán)境中測(cè)量。在外界環(huán)境偏離測(cè)量要求的標(biāo)準(zhǔn)條件時(shí)，可使用相關(guān)的補(bǔ)償參數(shù)加以修正，測(cè)量軟件可自動(dòng)對(duì)溫度、壓力、濕度等條件進(jìn)行補(bǔ)償。盡量減少熱源（照明燈、機(jī)床工作燈）。盡可能的減少外界的各種振動(dòng)，可以在下班后比較安靜的環(huán)境下測(cè)量。干涉儀的安裝位置盡量靠近機(jī)床，并用較短的加長(zhǎng)桿固定光學(xué)元件。磁力表座應(yīng)直接吸在機(jī)床床身或刀架等表面，避免吸裝在機(jī)床護(hù)罩或護(hù)蓋較薄弱的部分，確保吸裝的表面平坦且沒有油漬及塵土。

以下具體分析各影響因素及消除方法。

（1）機(jī)床溫度偏離，將導(dǎo)致輸入的膨脹系數(shù)與材料的實(shí)際變化不同，影響測(cè)量精度。如果溫度傳感器的精度為±0.1 ℃，而膨脹系數(shù)變化10 μm/℃時(shí)，將產(chǎn)生±1.0 μm的測(cè)量誤差；若輸入不正確的機(jī)器熱膨脹系數(shù)輸入不正確，產(chǎn)生的誤差會(huì)更多。因此，應(yīng)保證外界環(huán)境溫度的穩(wěn)定性，最好在恒溫環(huán)境中測(cè)量。

（2）余弦誤差的影響。在激光束的校準(zhǔn)過程中，不可能保證光束與運(yùn)動(dòng)軸的絕對(duì)平行，比如會(huì)產(chǎn)生一個(gè)夾角θ，我們稱為誤差?yuàn)A角，該誤差與（1-cos）成正比。該余弦誤差就會(huì)使得測(cè)量距離比實(shí)際值小，如圖2所示。

因此，要減少及消除余弦誤差，應(yīng)在校準(zhǔn)光束時(shí)，盡可能使干涉儀檢測(cè)的光束信號(hào)強(qiáng)度在運(yùn)動(dòng)軸的全程保持恒定，從而余弦誤差最小。

（3）測(cè)量元件的影響。光學(xué)元件不清潔會(huì)導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度降低，從而難以達(dá)到高精度測(cè)量結(jié)果。特別是在被測(cè)量軸的運(yùn)動(dòng)距離比較長(zhǎng)時(shí)。因此，在光學(xué)元件的保管和使用過程中，應(yīng)盡量保證光學(xué)元件表面的清潔，若發(fā)現(xiàn)光學(xué)元件被弄臟的情況，可使用專用的的透鏡拭紙和無痕跡清潔液去除灰塵手印等。

3 結(jié)語

機(jī)床本身精度不佳會(huì)帶來上述各種誤差，但也不能排除在某種情況下激光干涉儀操作不當(dāng)也是會(huì)帶來較大誤差。伺服電機(jī)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)、電機(jī)與絲桿連接誤差、檢查機(jī)床的俯仰和絲桿同軸度。絲杠或傳動(dòng)系統(tǒng)故障、編碼器問題或故障都會(huì)影響或被放大線性，影響機(jī)床精度。為了讓調(diào)試者直接準(zhǔn)確的找到問題分析方法，建議：（1）車間激光干涉儀檢測(cè)前機(jī)床須做到：機(jī)床潤(rùn)滑充足，機(jī)床預(yù)熱（跑和1 h），檢查激光校準(zhǔn)情況及穩(wěn)定情況。檢查材料溫度測(cè)量不正確或波長(zhǎng)補(bǔ)償合理性。（2）維修者：多用量表，檢具檢查機(jī)床各項(xiàng)幾何精度和各驅(qū)動(dòng)部件鎖緊情況，盡量避免強(qiáng)行拉絲桿、敲軸承從而影響機(jī)床部件精度。

參考文獻(xiàn)

[1] 鐘偉弘.數(shù)控機(jī)床定位誤差的激光干涉法檢測(cè)與補(bǔ)償[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加下技術(shù)，2000，7（9）：39.

[2] 陳國(guó)琛.數(shù)控機(jī)床位置精度檢測(cè)與調(diào)試[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2004，10（5）：65.

[3] 張立.新型長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)[J].科技動(dòng)態(tài)，2010，4（2）：39.endprint

摘 要：隨著數(shù)控機(jī)床在企業(yè)中的廣泛使用，采用激光干涉儀對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行定位精度檢測(cè)已經(jīng)成為目前公認(rèn)的高效、高精度的檢測(cè)方法。不同的機(jī)床使用激光干涉儀檢測(cè)的精度曲線會(huì)有所相同，因此就需要對(duì)不同的測(cè)試結(jié)果給予全面而科學(xué)地分析。該文主要敘述了激光干涉儀在數(shù)控機(jī)床位置精度檢測(cè)中應(yīng)用和測(cè)量過程中誤差產(chǎn)生的原因以及消除誤差方法。

關(guān)鍵詞：激光干涉儀 測(cè)量誤差 產(chǎn)生及消除

中圖分類號(hào)：TH161 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）08（b）-0080-02

在檢測(cè)數(shù)控車床位置精度時(shí)，激光干涉儀是運(yùn)用最多的測(cè)量工具。該文以山推工程機(jī)械股份公司為例，該公司采用的是雷尼紹的激光干涉儀，它的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)品成熟，操作方便，性能穩(wěn)定。缺點(diǎn)是使用過程中受干擾的因素過多。因此在使用過程中，應(yīng)全面考慮各種因素的影響，并采取措施消除。

1 激光校準(zhǔn)系統(tǒng)

以使用英國(guó)雷尼紹激光校準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行線性測(cè)量為例，介紹雙頻激光干涉儀檢測(cè)法。

1.1 線性干涉儀的測(cè)量原理

按圖1所示方式將線性反光鏡和兩個(gè)分光鏡連接，我們稱為“線性干涉鏡”。它的作用是為光束提提供一個(gè)路徑。圖中光束依照箭頭的方向傳播。

入射光束進(jìn)入線性干涉鏡，分成兩道光束，一道為參考光束，另一道為光束。參考光束進(jìn)入反射鏡，測(cè)量光束通過分光鏡進(jìn)入另一個(gè)反射鏡，然后集中匯聚到激光頭，酒缸頭內(nèi)部有探測(cè)器來監(jiān)控這兩道光束。

在測(cè)量時(shí)，需要保證干涉鏡不動(dòng)，而使反射鏡沿著被測(cè)量的軸移動(dòng)。在移動(dòng)過程中，干涉儀將采集光束路線的變化通過測(cè)量結(jié)果與待測(cè)機(jī)床的標(biāo)尺讀數(shù)比較，便可測(cè)得機(jī)床精度的誤差。

1.2 進(jìn)行線性測(cè)量的一般步驟

（1）安裝設(shè)置激光干涉儀

（2）將激光束與被測(cè)量的軸校準(zhǔn)

（3）啟動(dòng)測(cè)量軟件，并輸入相關(guān)參數(shù)（如材料膨脹系數(shù)）。

（4）在機(jī)床上輸入測(cè)量程序，啟動(dòng)干涉儀測(cè)量，并記錄數(shù)據(jù)。

（5）用測(cè)量軟件分析測(cè)量數(shù)據(jù)，生產(chǎn)補(bǔ)償文件。

光束快速準(zhǔn)直步驟

（1）沿著運(yùn)動(dòng)軸將反射鏡與干涉鏡分開。

（2）移動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)，當(dāng)光束離開光靶外圓時(shí)停止移動(dòng)。

垂直光束調(diào)整

（3）使用激光頭后方的指形輪使兩道光束回到相同的高度。

（4）使用三腳架中心主軸上的高度調(diào)整輪使激光頭上下旋轉(zhuǎn)，直到兩道光束都擊中光靶中心。

水平光束調(diào)整

（5）用三腳架左后方的小旋鈕，調(diào)整激光頭的角度偏轉(zhuǎn)，使兩道光束彼此重疊。

（6）用三腳架左邊中間的大旋鈕，調(diào)整激光頭的水平位置，使兩道光束擊中光靶的中心。

（7）沿著運(yùn)動(dòng)軸重新開始移動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)。在看到光束移開光靶時(shí)再次停止。重復(fù)步驟3到6，直到完成整個(gè)軸向的光鏡準(zhǔn)直。

（8）達(dá)到軸的末端時(shí)，將機(jī)床移回，使反光鏡及線性反射鏡互相靠近。注：若其中一道光束離開光閘的光靶，是由于反光鏡側(cè)向偏移所造成。上下左右移動(dòng)反光鏡，使從反光鏡返回的光束與干涉鏡的光束在光閘的光靶上互相重疊。

重復(fù)步驟1到8，直到兩道光束在整個(gè)運(yùn)動(dòng)軸長(zhǎng)度范圍內(nèi)都保持在光靶的中心。

（9）保持光束和測(cè)量軸準(zhǔn)直。將光閘旋轉(zhuǎn)到其測(cè)量位置。當(dāng)反光鏡沿著機(jī)床的整個(gè)運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度移動(dòng)時(shí)，檢查線性數(shù)據(jù)采集軟件中顯示的信號(hào)強(qiáng)度。

2 測(cè)量誤差的產(chǎn)生及消除方法

在使用激光干涉儀對(duì)數(shù)控機(jī)床的位置精度檢測(cè)中，導(dǎo)致測(cè)量精度偏差的因素很多，必須采取措施分析消除。外界環(huán)境的變化將會(huì)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性參數(shù)影響，如空氣溫度變化1 ℃、空氣壓力變化0.3 kPa、相對(duì)濕度變化30%。尤其是振動(dòng)對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確性的影響，振動(dòng)產(chǎn)生的影響主要表現(xiàn)在測(cè)量數(shù)據(jù)的分散，重復(fù)測(cè)量精度差，甚至導(dǎo)致無法測(cè)量。

因此，應(yīng)保證外界環(huán)境的穩(wěn)定性，最好在恒溫環(huán)境中測(cè)量。在外界環(huán)境偏離測(cè)量要求的標(biāo)準(zhǔn)條件時(shí)，可使用相關(guān)的補(bǔ)償參數(shù)加以修正，測(cè)量軟件可自動(dòng)對(duì)溫度、壓力、濕度等條件進(jìn)行補(bǔ)償。盡量減少熱源（照明燈、機(jī)床工作燈）。盡可能的減少外界的各種振動(dòng)，可以在下班后比較安靜的環(huán)境下測(cè)量。干涉儀的安裝位置盡量靠近機(jī)床，并用較短的加長(zhǎng)桿固定光學(xué)元件。磁力表座應(yīng)直接吸在機(jī)床床身或刀架等表面，避免吸裝在機(jī)床護(hù)罩或護(hù)蓋較薄弱的部分，確保吸裝的表面平坦且沒有油漬及塵土。

以下具體分析各影響因素及消除方法。

（1）機(jī)床溫度偏離，將導(dǎo)致輸入的膨脹系數(shù)與材料的實(shí)際變化不同，影響測(cè)量精度。如果溫度傳感器的精度為±0.1 ℃，而膨脹系數(shù)變化10 μm/℃時(shí)，將產(chǎn)生±1.0 μm的測(cè)量誤差；若輸入不正確的機(jī)器熱膨脹系數(shù)輸入不正確，產(chǎn)生的誤差會(huì)更多。因此，應(yīng)保證外界環(huán)境溫度的穩(wěn)定性，最好在恒溫環(huán)境中測(cè)量。

（2）余弦誤差的影響。在激光束的校準(zhǔn)過程中，不可能保證光束與運(yùn)動(dòng)軸的絕對(duì)平行，比如會(huì)產(chǎn)生一個(gè)夾角θ，我們稱為誤差?yuàn)A角，該誤差與（1-cos）成正比。該余弦誤差就會(huì)使得測(cè)量距離比實(shí)際值小，如圖2所示。

因此，要減少及消除余弦誤差，應(yīng)在校準(zhǔn)光束時(shí)，盡可能使干涉儀檢測(cè)的光束信號(hào)強(qiáng)度在運(yùn)動(dòng)軸的全程保持恒定，從而余弦誤差最小。

（3）測(cè)量元件的影響。光學(xué)元件不清潔會(huì)導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度降低，從而難以達(dá)到高精度測(cè)量結(jié)果。特別是在被測(cè)量軸的運(yùn)動(dòng)距離比較長(zhǎng)時(shí)。因此，在光學(xué)元件的保管和使用過程中，應(yīng)盡量保證光學(xué)元件表面的清潔，若發(fā)現(xiàn)光學(xué)元件被弄臟的情況，可使用專用的的透鏡拭紙和無痕跡清潔液去除灰塵手印等。

3 結(jié)語

機(jī)床本身精度不佳會(huì)帶來上述各種誤差，但也不能排除在某種情況下激光干涉儀操作不當(dāng)也是會(huì)帶來較大誤差。伺服電機(jī)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)、電機(jī)與絲桿連接誤差、檢查機(jī)床的俯仰和絲桿同軸度。絲杠或傳動(dòng)系統(tǒng)故障、編碼器問題或故障都會(huì)影響或被放大線性，影響機(jī)床精度。為了讓調(diào)試者直接準(zhǔn)確的找到問題分析方法，建議：（1）車間激光干涉儀檢測(cè)前機(jī)床須做到：機(jī)床潤(rùn)滑充足，機(jī)床預(yù)熱（跑和1 h），檢查激光校準(zhǔn)情況及穩(wěn)定情況。檢查材料溫度測(cè)量不正確或波長(zhǎng)補(bǔ)償合理性。（2）維修者：多用量表，檢具檢查機(jī)床各項(xiàng)幾何精度和各驅(qū)動(dòng)部件鎖緊情況，盡量避免強(qiáng)行拉絲桿、敲軸承從而影響機(jī)床部件精度。

參考文獻(xiàn)

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