机床检测及精度修正浅析

　　0　引言

　　数控机床的定位精度是机床各运动部件在数控装置控制下运动所达到的精度。根据实测的定位精度数值,可判断出机床的加工精度,这是衡量数控机床工作性能的重要精度指标,其检测也是实现误差补偿的必要环节[1-2]。加工精度受机床结构、装配精度、伺服系统性能、工艺参数以及外界环境因素的影响,而高精度的在线测量系统成为降低定位误差的技术关键[3-4]。随着对数控机床加工精度要求不断提高,使用高精度检测仪器以使数控机床加工精度控制在所研究的目标范围内,则具有重要的意义。

　　传统的测量误差的方法分辨率较低,不仅固有的系统误差影响机床精度,而且低分辨率的缺点也加剧了测量过程中其他因素对测量精度的影响。现代超精密加工检测设备中,普遍采用高分辨率的双频激光干涉仪进行高精度位移测量[5-6]。采用干涉仪,可以从自身系统误差、测量结构误差以及环境因素误差等方面分析误差来源,并进行补偿[7]。作者结合项目所使用的HP5519B双频激光干涉仪,对数控机床加工精度问题进行测量过程设计,建立误差分析模型,并进行误差补偿技术提高检测精度。

　　1　双频激光干涉仪

　　1·1　测量原理

　　双频激光干涉仪由激光发射器(激光头)、控制装置、空气传感器、温度传感器、数据处理系统和光学零件等组成,可避免零点漂移,具有较强的抗干扰能力,且测量范围长可达60m。双频激光干涉仪如图1所示,其工作原理为[8],激光发射器谐振腔发出的氦氖激光束,经激光偏转控制器分裂为频率相近的两束光,设其频率分别为f1、f2(相互垂直),经过扩束器1扩束,被析光镜2分为两部分:一小部分作为参考光束被反射到检偏振器3上,形成新的同向线偏振光经干涉形成“拍”,其拍频为Δf0=f1-f2≈1·5MHz,经光电接收器接收、放大后到达计算机。另一大部分光透过分光镜,沿原方向射向偏振分光镜4。互相垂直的频率为f1和f2的偏振光,在分光面上分别被反射和透射至参考镜5和测量镜6上,然后再返射回并在分光面处汇合。此时,设测量镜以速度v运动,由多普勒效应可得从测量镜返回的光频变为f1+Δf,其中Δf由测量镜的移动产生为2v/λ。两束光会合后经反射镜7和检偏器8后形成“拍”,其拍频为f1-f2+Δf=Δf0+Δf。光束由光电接收器接收、放大后到达计算机。此时计算机将两路光束进行混频(相减)后得到两路信号的差值Δf:

　　最终可由干涉条纹亮暗变化次数从而得出测量镜移动距离。

　　1·2　测量方案设计