激光干涉仪在数控机床测量方面的应用

1、激光干涉仪在数控机床测量方面的应用应用技术I激光干涉仪在数控机床测量方面的应用欧佳(中国航空工业集团公司北京长城:计量测试技术研究所 ) 摘要 激光干涉仪作为数控机床的测量装置是集光学,精密机械 ,电控技术 ,数据处理 ,计算机技术于一体的高技术精密检测装置,采用完全非接触测量方式 ,实现数控车床在自动化方面的飞跃,在未来必将会有更为广阔的发展前景 .当然面对不同的数控机床要采用不同的测量方式,并且对不同的测试结果进行科学的分析 ,要明确激光干涉仪在数控机床上的测量方式 ,把握双频激光干涉仪在数控车床检测中的应用 ,加强对激光干涉仪的使用快捷方式进行分析 , 最大限度地扩大激光干涉仪在数控机床

2、测量方面的普及 . 关键词 激光干涉仪普及应用中图分类号 :TH744.3 文献标识码 :A 文章编号 :1009914X(201O)330608 一 O1激光干涉仪 ,以激光波长为已知长度 ,利用光学原理在数控机床上建立了激光干涉系统测量位移的通用长度测量,可用于检测直线度 ,垂直度 ,俯仰与偏摆 ,平面度 ,平行度等 .目前的激光干涉仪主要以位置的精准来检测数控机床定位精度 ,重复定位精度 ,微量位移精度等 .利用激光干涉仪进行数控机床的测量误差极小 ,而且还能自动地对误差进行监测补偿 ,并且节省大量时间 ,使得测量问题变得更为简单易操作 ,使得工业机床达到了最佳的精准度 .1 激光千涉仪

3、在数控机床测量方面的蕾及激光干涉仪在数控机床测量方面的普及 ,已经成为机器开发制造研究的重要内容 ,其精准的测量校准功能是机器开发的主要项目 ,也成为评价机器功能的重要指标 ,对激光干涉仪在数控机床中的使用研究也更为广泛 .对激光干涉仪在数控机床的使用要求主要以质量控制为主 ,要保证高效 ,精准的测量 ,对于位置精度要求高的机器,则要加入速度 ,振动 ,缓冲时间 ,共振和阻尼的研究 ,这些都是至关重要的 ,这些特性将影响到诸如位置精度 ,重复精度 ,表面粗糙度 ,产量以及磨损等工作能力 .目前使用的激光干涉仪有i987 年首推的 fLlO 校准激光干涉仪 ,2001 年 RLE 用于集成电路制

4、造设备的精密反馈系统中的激光尺 ,2O07 年的 XL 一 80 校准激光干涉仪 ,2O09 年的 RLEIO/20 光导纤维激光尺 .另外还要更为先进精准的双频激光干涉仪 ,测量时可以在工作部件运动过程中自动采集数据,更接近机床的实际使用状态.总之 ,激光干涉仪已经被广泛地应用于数控机床测量方面,属于数控机床测量的重要组成部分 ,未来的激光干涉仪技术将更为广泛,其测量方式也会更加简便 .2 激光干涉仪在数控机床蔫方面的应用2.1 激光干涉仪在数控机床上的测量方式激光干涉仪是根据光的干涉原理制成的一种仪器 .将来自一个光源的两个光束完全分并 ,各自经过不同的光程 ,然后再经过合并 ,可显出干涉

5、条纹 .在光谱学中 ,应用精确的迈克尔逊干涉仪或法布里一珀罗干涉仪 ,可以准确而详细地测定谱线的波长及其精细结构 .激光干涉仪在数控机床上的测量方式已经十分简单易行了 ,先进的激光干涉仪单频激光和双频激光 ,都配有针对斜床身的折光镜和方便对光的准直镜 ,自动采集数据 ,并且机床的移动速度也可大大提高 ,使检测更加方便快捷 .但折光镜镀膜在外表面又直接暴露在外 , 很容易污染 ,所以折光镜十分娇气 ,清擦时很容易损坏 ,在折光镜损坏的情况下 ,就要利用手动折光装置进行测量了 ,如下图 .图 1 所示的三角架装置 ,在进行装备的过程中首先要松开紧固螺母 ,根据测量范围进行角度旋转 ,般来说 ,其旋

6、转扳动的角度要与床体导轨与地面角度小于 3O 度 ,因为这个角度的测量会使得机床与地面的角度更适合反光角度,608I 科技博览盥 l干涉镜用垂直出光的方式来对光检测.另外要注意激光头的放置一定要保证将激光反射空间的光束经过测量处理,这样可以控制补偿误差 ,使得探测到的光束更加精准 .222 激光干涉仪的使用快捷分析激光干涉仪可配合各种折射镜,反射镜等来作线性位置 ,速度 ,角度 ,真平度 ,真直度 ,平行度和垂直度等测量工作 ,这种特性决定了其可作为精密工具机或测量仪器的校正工作激光干涉技术使得数控机床的测量方式更为简单快捷 ,采用了单光束的 Mcv 一 500 及双光束的 ,1CV-2002

7、 可以从一个可移动的靶标上反射回调制过的激光束 ,采用 HDA4B 型红色激光二极管 ,其峰值波长为 670nm,阀门电流 80mA,最大输出光功率 5mW,由结平面发出一发散光束 ,平行于结的发散角为 lO.,垂直于结的发散角为 40.,出射光束的截面为一椭圆形光斑 ,带有位置信息的光束被探测到并经过处理用来产生查找表 ,因而能使控制器补偿误差 .由于返回光束没有像传统的激光干涉仪那样对偏移有要求 ,因此设置非常挟 .仅需调整二个元件 :一个单孔的发射和接受激光束的激光头 ,一个作为靶标的平面镜 .靶标移动的轨迹并不是直线 ,侧向移动是较大的 .这种激光干涉仪的装置使得数控机床的工作效率有所

8、提升 ,工作的时间降低 ,自然就降低了使用成本和能源消耗 ,使得数控机床的快捷性为更多的人所接受 ,成为最实际有效的机床设备 3 2.3 双频激光干涉仪在数控车床检测中的应用数控机床是高科技发展的产物 ,其在加工零件的过程中一定要进行大量的检测 ,双频激光干涉仪与不同光学附件结合 ,可以测量距离 ,直线度 ,垂直度 ,平行度 ,平面度 ,这些特点对于提高数控机床的检测很有帮助 .激光干涉系统是利用测头与待测物体的光学角度来确定接触点的位置信息的 ,因而检测仿真必须逼真的再现这一过程 ,这也是整个激光检测测量系统的核心问题为保证测头可靠地撞击上待测物体 ,应使测头检测运动的最远行程大于测头到实际

9、接触点位置的距离 ,即实际接触点位于测量起始点与测头最远行程点之间的直线段上 .测量的过程中 ,红色激光光源的结平面发出的光束 ,经过一短焦距凸透镜 s,可将光源发散光束的光斑会聚到一点 ,分束镜至于透镜焦点以内 ,将两反射镜置于透镜焦点附近 ,光线基本同轴 ,经过微调 ,可在屏上得到明显的等倾干涉条纹 ,准直系统和调试方法是本系统的关键技术 ,经反复实验得以实现检测目的 .因此 ,用双频激光干涉检测机床各项误差是一种用传统测量手段难以实现的的技术.位置精度是机床的重要指标,目前世界各国机床检定标准中都推荐使用激光于涉仪进行该项精度的检定,用双频激光干涉仪检定位置精度使用长度干涉仪和测量反射镜

10、,测量时将长度干涉仪置于不动位置 ,反射器安装在运动部件上.结语目前利用激光干涉仪进行数控机床的测量和检测工作 ,就是与现代化技术相配套的装置 ,这种加入激光干涉技术的数控机床装置是集光学 ,精密机械 ,电控技术 ,数据处理 ,计算机技术于一体的高新技术精密检测装置这种检查装置可通过补偿 ,大大的提高数控机床的精度 ,也可通过检测结果 ,帮助分析机床产生精度误差的原因激光干涉仪价值较高 ,应尽可能的发挥其价值 .参考文献1 李桃 .激光干涉仪在数控机床上的应用 J. 宁夏机械 ,2007,(03).2 余翔 .激光干涉仪在数控机床检定中的应用 J.工具技术 ,2006,(05)3 曹永洁 ,万军 ,傅建中 ,张孝三 .激光干涉仪在机床定位精度测量中的误差分析 J