MCV-2002 雙光束系統(tǒng)直線度測量實(shí)例
由于社會發(fā)展的需要，大型龍門五軸數(shù)控機(jī)床在我國大型機(jī)床制造商進(jìn)行了研發(fā)和生產(chǎn)。但對于大型龍門五軸數(shù)控機(jī)床，尤其是長導(dǎo)軌的直線度和平行度精度的檢測，傳統(tǒng)的激光測量儀和幾何精度檢測的儀器及檢具已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)
機(jī)床的精度是否滿足設(shè)計和加工的要求？這是大型機(jī)床制造商和機(jī)床用戶都面臨的一個問題。
對于大型龍門五軸數(shù)控機(jī)床長導(dǎo)軌的直線度和平行度精度的檢測，美國光動公司OPTODYNE激光多普勒干涉儀具有保證檢測精度并且檢測方便，現(xiàn)介紹如下：
1. 長行程導(dǎo)軌直線度校準(zhǔn)
1.1 問題點(diǎn)
針對具較長導(dǎo)軌的大型機(jī)器而言，同時調(diào)校導(dǎo)軌的垂直方向與水平方向就顯得非常重要。就垂直方向，可使用電子式水平儀來測量。而就水平方向，則可使用具電子式檢測器的調(diào)校激光。然而對于長行程導(dǎo)軌而言，因?yàn)榭諝庋h(huán)（空氣紊流）及溫度梯度，激光束在長行程時無法成直線。激光光的漂移與溫度梯度將在長距離時產(chǎn)生較大的誤差。如圖一所示，側(cè)向位移”d”會與距離”L”及空氣紊流的強(qiáng)度成比例。舉例來說，距離9m的激光束可能會移動超過0.5mm。
1.2 如何應(yīng)用LDDM來解決問題
使用基于不同原理的雙光束LD DM來量測真直度，因此空氣循環(huán)將不會影響它。真直度可由總和沿著行程上的角度變化來測定。雙反射鏡的角度變化相當(dāng)于兩直線位移變化量除以兩反射鏡的分離量。如圖一所示，位移量”AC”減掉”BD”除以兩反射鏡的分離量為角度變化，此時應(yīng)注意由于光束的漂移，也會同時產(chǎn)生較大的側(cè)向位移。然而如圖一所示，位移量”AE”減掉位移量”BF”相當(dāng)小，因此光束的漂移并不會影響角度的量測與真直度的計算。
1.3 如何進(jìn)行
首先將L D D M 雙光束激光頭固定在長行程導(dǎo)軌的一端，并將雙反射鏡固定在滑座上。調(diào)校激光束使其與滑軌平行，再將雙反射鏡固定在適當(dāng)位置，使返回的激光束能回到接收孔上。在筆記型計算機(jī)上激活W i n d o w s T M 軟件，并按下光動公司的圖標(biāo)， 此時屏幕上會顯示出主選單。按下”S t r a i g h t n e s sD i s p l a y”的按鍵，量測畫面上會顯示出位置與真直度的讀取值，而在右下角則會繪出已量測的真直度圖形。在設(shè)定畫面中輸入增量、偏移量、目標(biāo)位置及總行程值，再將雙反射鏡移 動到起始位置，回到量測畫面，按下”s t a r t”按鍵，沿著導(dǎo)軌移動雙反射鏡，位置會顯示在第一行的顯示列上，而真直度則會顯示在第二行的顯示列上，此時可以往前往后來移動雙反射鏡，以調(diào)整導(dǎo)軌來減少非真直度。當(dāng)導(dǎo)軌調(diào)校完成后，可用真直度的軟件來搜集真直度的數(shù)據(jù)來當(dāng)作您的紀(jì)錄。
2. 導(dǎo)軌平行度調(diào)校
2.1 問題點(diǎn)
對于準(zhǔn)確度高的機(jī)器，導(dǎo)軌間的相互平行顯得非常重要。不平行的導(dǎo)軌不僅會降低準(zhǔn)確度、產(chǎn)生應(yīng)力、不正常運(yùn)動、黏滯滑動及過度的磨耗。調(diào)校激光具有一個象限儀及五棱 鏡（光學(xué)方鏡）可以用來檢驗(yàn)兩導(dǎo)軌間的平行度，但空氣循環(huán)（空氣紊流）及溫度梯度會使激光束歪曲并減少量測準(zhǔn)確度。
2.2 如何應(yīng)用 LDDM 來解決問題
真直度量測系應(yīng)用調(diào)校激光的激光束真直度來當(dāng)作參考。激光束在真空下為正確的直線，然而在工廠環(huán)境下，會因?yàn)榭諝庋h(huán)及溫度梯度，激光束將會扭曲而減少其真直度。
由定義可知，兩導(dǎo)軌間的平行度為其之間距離的變化量，如果距離為常數(shù)，則兩導(dǎo)軌為正確的平行?；诖嗽恚p光束 LDDM 激光系統(tǒng)可用來量測兩導(dǎo)軌間的距離變化量。激光位移量測的準(zhǔn)確度為 1PPM ，因此平行度量測可以非常準(zhǔn)確。
2.3 如何進(jìn)行
LDDM 雙光束激光系統(tǒng)獨(dú)特的特性可同時用來量測直線位移與角度位移，相較于一般激光干涉儀，卻只能在兩種不同架設(shè)下分別量測直線位移或角度位移。
首先將雙光束激光頭固定在靠近兩導(dǎo)軌的一端，并將 90 度折射鏡如圖一所示安裝在其它滑座上。安裝一個可同時兩滑座的機(jī)械裝置，此時調(diào)整激光頭、 90 度折射鏡及兩個反射鏡，使返回的光束可以進(jìn)入接收孔， 然后設(shè)定具WindowsTM 軟件的筆記型計算機(jī)，按下光動公司的圖標(biāo)及 "straightness " 的按鍵，畫面會出現(xiàn)其中一個反射鏡的位移位置及兩反射鏡間位移的變化，在設(shè)定畫面設(shè)定光束的分離量為 1 ，并檢查是否為動態(tài)數(shù)據(jù)擷取。此時將滑座移動到起始位置，重置讀取值并按下 "start" 按鍵，再使兩滑座連續(xù)的由起點(diǎn)位置移動到終點(diǎn)位置，則直線的位置與兩導(dǎo)軌間的距離變化量會被測得并儲存。數(shù)據(jù)繪圖范例如圖一所示，當(dāng)調(diào)校好兩導(dǎo)軌后，可重復(fù)此步驟，直到達(dá)到所要求的平行度為止。
美國光動Optodyne公司的產(chǎn)品是在激光多普勒干涉儀（LDDM）的專利技術(shù)發(fā)展起來的，將最新的激光技術(shù)與微電子、計算機(jī)、光電和外差技術(shù)結(jié)合起來，方便應(yīng)用于機(jī)床直線度和平行度的檢測，為機(jī)床制造業(yè)的大型機(jī)床的發(fā)展提供最新的機(jī)床檢測設(shè)備?！?/p>
MCV-5002 雙激光頭系統(tǒng)直線度測量
