关键字：激光跟踪仪校准技术机床
1.引言
高精度加工设备经过一段时间的使用以后，由于使用中的磨损、变形和环境等因素会导致加工设备的加工精度大幅度降低，所生产出来的产品精度也会降低。随着我国现代制造业的高速发展和加工订单的不断增多，对这些加工设备进行检测的要求也越来越高，而以往的检测手段很难满足现代工业检测的需要。目前，笛卡尔三坐标测量机及现场测量夹具主要用于测量机床几何精度，而笛卡尔三坐标测量机由于三根导轨和安装环境的限制导致其量程受限，而且测量效率相对比较低，并且只能进行小样本检测，对于高频次的故障容易漏检;特别是不能进行现场测量，无法对生产车间的机床进行有效地精度检测。因此，如何才能有效、精确的对机床加工设备进行检测已经成为当前必须解决的难题。激光跟踪测量系统在解决该难题时提供了新的方法。激光跟踪测量系统是一种新型的三维测量系统目前己被广泛应用于现代工业的检测中。
2.激光跟踪仪校准技术
2.1激光跟踪仪误差分析
当对同一量值进行反复多次的测量时，会得到一系列有规律的不同测量值(通常称为测量列)，每个测量值都是包含一定的误差，这些误差是随机出现的，即前一个误差与下一个误差之间不存在任何的关系，也就是说不能预测下一个误差的大小和方向。但是对于误差的总体来说，却具有一定的统计规律性。随机误差是由很多目前还没有掌握或不便掌握的微小因素所构成。激光跟踪仪测量装置方面的因素包括零部件配合的不稳定性、零部件的磨损变形等。环境方面的因素是指温度的波动、湿度和气压变化、灰尘以及地基的不稳等;人员方面的因素是指测量人员在测量和读数时的不稳定。
系统误差是由一些按确定规律变化或固定不变的因素所引起，这些误差因素是可以掌握和控制的。这些误差包括像激光跟踪仪零件制造和安装不正确，垂直轴与水平轴不正交、跟踪镜不通过水平轴与垂直轴的交点、出射激光与垂直轴正交时，垂直度盘的指示光栅与垂直轴不平行等都是激光跟踪仪设计上的缺陷;测量时的实际温度对标准温度的偏差、测量过程中温度、湿度等按一定规律变化的误差。采用近似测量方法或近似的计算公式等引起的误差。
2.2激光跟踪仪校准
激光跟踪仪校准有两点校准法、双面测量法等。根据现有的实验条件，采用与高精度(2.7um)的GS9127型三坐标测量机(CMM)进行比对来完成校准工作。具体方法为:CMM分别做X,Y,Z轴向运动，反射镜(SMR)固定在测头上，而激光跟踪仪安装在距CMM工作台5m处，CMM提供标准长度，激光跟踪仪给出实测值，经比较计算后可得到不同位置的距离误差。
为了校验LTS的激光干涉仪测量的长度，将LTS放置在CMM的X轴延长线上，CMM沿X轴向运动100mm，步距为100mm。跟踪头沿光轴向跟踪SMR，采集各点坐标，经计算得到长度误差。结果显示，最大长度误差为14.9um，稍微超过了仪器的出厂精度。
为了校验LTS的方位角度，使CMM沿Y轴向运动1000mm，步距为100mm，如图1所示。LTS跟踪头绕方位轴转动，跟踪SMR并给出实测值，经计算得到长度误差。结果显示，最大的长度误差为14.2um,满足仪器的设计精度。根据二角几何关系，可以算出角度误差。
3.机床检测
利用激光跟踪仪对某大型机床进行现场检测。机床误差的检测方法可以分为单项误差测量和综合误差测量两种，单项误差测量就是检测各项误差的分量，而综合误差检测是检测机床作圆插补运动时的轮廓精度。一般来讲，单项误差测量更精确，其测量原理更简单明了。因此，我们测量车床溜板箱上工作平台在横向(X轴)和纵向(Y轴)方向的移动直线度。
在测量该卧式车床之前，首先，需要根据现场工作环境确定激光跟踪仪的安装位置，并放置好仪器。要求尽量安放在风速较小、无尘、无热源、无干扰的位置，确保测量的顺利进行;其次，通过内置的电子水平仪将激光跟踪头调整到水平状态;最后，通过对激光跟踪仪进行定点误差补偿，减小激光跟踪仪的系统误差和随机误差，消除温度和湿度对测量的影响，从而提高机床测量精度。本次检测机床，激光跟踪仪放置在距车床约3m处。然后检查仪器的各种连接线路，确保正确后打开仪器并进行定点补偿;补偿完毕后，设置测量模式。
使机床溜板箱工作台分别沿X轴运动和沿Y轴运动。靶镜固定在车床溜板箱工作平台上，车床提供标准长度，激光跟踪仪测出各点的空间位置，并拟合成直线，用CAM2rneasure软件功能得出各段直线的水平面直线度。车床溜板箱工作台沿X轴向进给距离600mm,步距6mm,激光跟踪仪在IMF测量模式下采集数据，采集的数据(各点的实际空间坐标)拟合成直线，然后用自带软件计算出此方向上的水平面直线度，通过数据处理，得到进给不同距离的直线度误差曲线。记过计算分析得到，在IFM测量模式下，工作台最大行程的水平面直线度为0.0714mm，在600mm的行程内最大水平面直线度为0.0654mm。在与该车床设计说明书上的允许误差进行比较，机床工作台在X轴方向的直线度不满足使用加工精度要求，建议厂方对其进行再调整。同理，对Y轴进行检测其结果为精度满足使用要求。
4.总结
利用便携式的激光跟踪仪高效地对生产现场的大型机床进行检测。激光跟踪仪检测结果表明，车床刀具工作台在X轴进给方向直线度不满足要求，需要进行调整;而在Y轴也即床身导轨的直线度满足使用要求，勿需进行调整。激光跟踪仪不仅能对现场的机床进行快速的精度检测，而目也能对不易搬动的夹具和生产线进行测量。
参考文献：
1.陈素艳，激光跟踪测量系统的原理及其在机床检测中的应用工具技术2008
2.孙大许，激光跟踪侧量系统原理及在制造业中的应用机械2005
3）计算特征值和贡献率
