激光测量在数控机床定位中的应用

　　双频激光干涉仪是当代国际机床标准中规定使用的数控机床精度检测验收的测量设备，本文就如何应用双频激光干涉仪（以美国惠普公司生产的HP5528A双频激光干涉仪为例）检验数控也库的定位精度进行了讨论。

1．测量隐理

　　由激光头激光谐振腔发出的He一Ne激光束，经激光偏转控制系统分裂为频率分别为f1和f2的线偏振光束，经取样系统分离出一小部分光束被光电检测器接收作为参考讯号，其余光束经回转光学系统放大和准直，被干涉镜接收反射到光电检测器上。机床运动使干涉镜和反射镜之间发生相对位移，两束光发生多普勒效应，产生多普勒频移±Δf。光电检测器接收到的频率讯号（f1-f2±Δf）和参考讯号（f1-f2）被送到测量显示器，经频率放大、脉冲计数，送人数字总线，最后经数据处理系统进行处理，得到所测量的位移量，即可评定数控机床的定位精度。

2．测量方法





　　（1）安装双频激光干涉仪测量系统各组件（如图1所示）。
　　（2）在需测量的机床坐标轴线方向安装光学测量装置。典型的安装如图2所示：





　　（3）调整激光头，使双频激光干涉仪的光轴与机床移动的轴线昼在一条直线上，即将光路调准直。
　　（4）待激光预热后输入测量参数。
　　（5）按规定的测量程序运动机床进行测量。
　　（6）数据处理及结果输出。

3．测量误差分析

　　用双频激光干涉仪检验数控机床定位精度的测量误差主要来源及分析如下：

　　3.1双频激光干涉仪的极限误差





　　其中L为测量的长度（单位：m）

　　3.2安装误差
　　它主要是由测量轴线与机床移动的轴线不平行而引起的误差，则有：





　　式中：L为测量的长度；
　　θ为测量轴线与机床移动的轴线之间的夹角。
　　由于光路准直，θ值趋于0，故此项误差忽略不计。

　　3.3温度误差
　　它主要是由机床温度和线膨胀系数不准备而造成的误差，则有：





　　式中：L为测量的长度（单位为m）；
　　δt为机床温度测量误差；
　　α为机床材料线膨胀系数；
　　δα为线膨胀系数测量误差。





　　从上面分析可以看出，在各项测量误差中，温度误差对测量结果的准确性影响最大，所以，为了保证测量结果的准确性，测量环境温度应满足20±5℃，且温度变化应小于±0.2℃/h，测量前应使机床等温12h以上，同时要尽量提高温度测量的准确度。另外，如果测量时安装不得当，由安装所造成的误差也是不可忽略的。