激光干涉仪测量机床的定位精度

房崇建，张晓田

（陕西法士特齿轮有限责任公司，陕西 西安 710077）

激光干涉仪测量机床的定位精度

房崇建，张晓田

（陕西法士特齿轮有限责任公司，陕西 西安 710077）

激光干涉仪如何能快速测量机床的定位精度以及在测量过程中快速调节光路是非常重要的，经过多年的现场检测，总结了一些解决测量机床定位精度时出现的一些问题，并且在实践中摸索出了一些快速调节光路的技巧，以供同行业参考或进一步探讨。

激光干涉仪；机床；定位精度；光路调节

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.09.032

CLC NO.: U471 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)09-94-03

引言

随着国内高精尖数控加工设备的增多，数控机床以它的高精度、高效率、多功能等优点受到越来越多的欢迎，为了保证大批的数控机床及加工中心的正常运行，需要用激光干涉仪定期对它们做精度检查并指导维修，这样才能保证机床的加工精度，保证加工产品质量。

线性测量是激光干涉仪用来检定机床定位精度的一种常见测量。

1、测量原理

激光器的光束射入线性干涉镜，分为两道光束。一道光束射向连接分光镜的反射镜，而第二道光束则通过分光镜射入第二个反射镜。这两道光束再反射回分光镜，重新汇聚之后返回激光头，其中会有一个探测器监控两道光束间的干涉。在线性测量时，其中一个光学元件保持不变，而另一个则沿着线性轴移动，通过监控测量及参考光束间光路差异的变化来执行，测量的结果与待测机床的标尺读数比较，即可获得机床精度的各种误差。

2、线性测量所需的步骤

1.设置激光器系统以执行线性测量。

2.使激光束与机床的运动轴准直。

3.启动自动环境补偿功能并确保在软件中输入正确的材料膨胀系数。

4.测量和记录机床的线性误差。

5.分析采集到的数据。

3、 测量中遇到的问题及其分析

1.在线性测量过程中，尤其在测量与激光头呈直角的水平轴和垂直轴、斜轴时，光路调节很困难，这样反射镜和折射镜的巧妙安装就非常重要。

在实际应用中，当测量不同的机床或者仪器的各种精度时，要巧妙的安装反射镜和折射镜，这样有时会对调节光路起到非常大的作用。例如：在检测与激光头成直角或者是垂直轴时（与激光头呈直角的水平轴如图B）就要巧妙的安装折射镜或者反射镜，因为磁铁座的固定方向是一定的，所以就要想到固定在磁铁座上的折射镜或者反射镜易于前后左右翻转或者移动。

2.使用光靶能简单准直激光束

在调节光路的过程中，光靶起到很重要的作用，尤其是在线性测量中，下面就如何利用光靶简单准直激光束的步骤介绍如下：

①沿着运动轴将机床推离激光头，直到您看到光束开始移开光靶。 当只有一半的光束仍然击中白点时停止移动机床。 请注意光束现在偏离中心多远。

3.水平光束调整

②用三脚架台左后方的小旋钮，调整激光头的角度偏转，以使光束横扫过白色光靶。

继续移动光束，直到它位于相反方向离中心的距离相同，如图4所示。

③现在，用三脚架台左边中间的大旋钮，调整激光头水平平移，使光束返回光靶的水平中心线。

4.垂直光束调整

④请注意激光束在目标上的垂直位置。

⑤使用激光头后方的指形轮来调整其旋转步长，使光束垂直扫过目标。 调整指形轮，直到光束位于相反方向离目标中心的距离相同的位置，如图 6 所示。

⑥现在，使用三脚架中心主轴上的高度调整轮来将激光头上下移动，直到光束再一次击中目标中心。此时，可能有必要进行另外一个较小的水平回转调整，以使激光束返回到该目标的中心。

⑦现在沿着运动轴继续推离机床。 当您看到激光头移开目标时再一次停止。 重复步骤2到6的激光器准直调整，直到您达到轴的末端。

⑧达到轴的末端时，将机床移回激光器，来到轴的起点。

⑨若光束不再位于光靶中心，则水平平移激光器，使光束回到光靶的垂直中心线。

⑩然后，垂直平移激光头，使光束回到光靶的中心。 此时，可能有必要进行另外一个较小的水平回转调整，以使激光束返回到该光靶的中心。

（11）重复步骤 1 到 10，直到光束在整个运动轴范围内都能保持在光靶的中心。

5.为有利于调节光路，设计了万能转向连接装置，如图C右图所示。改进前是把反射镜和折射镜直接安装在连接杆上，如图C左图所示。改进后把反射镜和折射镜分别安装在万能转向连接装置上，如图C右图，这样可实现各个方向的微调，克服了改进前磁力架只有单方向可微调的局限。实践证明能大大提高准直光路的速度。

6.在开始测量时，或者在返程测量时激光干涉仪不采点，可能由于以下原因：

① 可能由于光强太弱，不能达到测量要求；

② RENISHAW 软件假定奇数运行是正数方法。为了遵循标准惯例（正数方法用于正增长的目标位置），尤其是在当轴的刻度为负数时，要确保第一个目标位置与最后一个目标位置相比是绝对值更大的负数（或绝对值更小的正数）（例如第一个目标位置 = -800；最后一个目标位置 = 0）。

③ 当返回测量时，激光干涉仪不采集数据。分析“越程”量设置是否正确，或者机床在程序运行中有没有考虑“越程”。

在所有情况下，一旦机床移动或等候一段时间过去或是按下一个按键而出现“越程”后，则状态灯会熄灭，软件准备开始下一个运行。“越程”量的正确设定对反向误差的正确判定意义重大。现场编程员容易对此概念产生混淆。

经过近一年的实践，证明了以上方法的实用、可靠，填补了激光干涉仪检测机床加工精度方面如何能快速调节光路的经验空白，以供同行业参考或进一步探讨。

[1] 激光器系统手册线性测量部分[S].

[2] 激光干涉仪软件使用帮助[S].2011.9

[3] 叶声华.激光在精密计量的应用[M].北京：机械工业出版社,1982.

[4] 王贵甫,陈桂林,陈雨良.基于激光干涉仪的角度测量技术 [M].传感器技术,2001.

Positioning accuracy of laser interferometer for measuring machine tool

Fang Chongjian, Zhang Xiaotian
( Shaanxi Fast gear Co., Ltd., Shaanxi Xi'an 710077 )

How to use the laser interferometer to check the positioning accuracy of machine tools quickly and adjust the light path fast in the uessure process are very important.From the scenes of the test these years,I found some methods to solve the problems about checking the positioning accuracy of machine tools and summarized some skills to adjust light path quickly in practice. Which will provide the reference for the people in the same industy and profound discussion.

Laser interferometer; chine tool; Positioning accuracy; Light path adjustment

U471

A

1671-7988（2015）09-94-03

房崇建，就职于陕西法士特齿轮有限责任公司。