数控机床几何精度检测教学作者李玉兰主编项目四课件项目四任务一课件

1、项目四 使用激光干涉仪检测数控机床的直线度、垂直度和平行度 任务一 使用激光干涉仪检测数控机床导轨的直线度,一、数控机床水平轴直线度测量原理 1直线度测量原理 用激光干涉仪测量水平轴直线度时，应将直线度干涉镜放置在激光头和直线度反射镜之间。激光头的输出光束穿过直线度干涉镜后，被分成两束夹角较小的光束。然后，两束光束经过直线度反射镜反射后沿一条新的光路返回到直线度干涉镜，并经过直线度干涉镜后将两束光束汇合成一束光束，并返回激光头的回光孔。图4-1所示为测量水平运动轴水平方向直线度的光路原理图。,水平轴水平方向直线度测量是通过检测直线度干涉镜和直线度反射镜的相对水平方向位移引起的光程差来实现的。,图4-1 直线度测量原理,2.直线度测量所使用的光学元件 （1）直线度干涉镜 直线度干涉镜能把一束光束分成两束带有一定角度的光束。镜上有两个孔，一个出光孔和一个回光孔，另外还有一个白色环形靶子和一个小光孔，用来进行光束的精调。 直线度干涉镜的使用方法见表4-1。,表4-1 直线度干涉镜的使用方法,（2）直线度反射镜 直线度反射镜的作用是把照射到其上的两束光束反射回来，经过另外一条与入射光平行的光路

2、回到直线度干涉镜上。其外观图如图4-2所示 。,图4-2 直线度反射镜外观图,直线度反射镜是中心对称的，如图4-3所示，要求它必须安装得与测量轴垂直，而且要求两束分离的光束射入点在直线度反射镜中心等距并大约在中心线上方6mm位置处。 反射镜壳体上有调光标志，方便进行光束的对称调整。倾斜度控制旋钮可以调整直线度反射镜内的光学镜围绕其纵向的倾斜角度。,图4-3 用于水平方向偏差的反射镜安装方位,短距离和长距离直线度测量要使用不同的直线度干涉镜和直线度反射镜。 “短距离”直线度光学元件测量范围为0.1m4m，就是两个光学元件在测量时分开的最远距离在4m以内； 而“长距离”（LR)直线度光学元件测量范围为1m-30m，即两个光学元件在测量时分开的最远距离在30m以内。 在两种不同测量的情况下，干涉仪和反射镜的使用必须配对使用。,（3）直线度光闸 在测量水平轴直线度误差时，有水平反向误差和垂直方向误差，为了满足两种方向直线度误差的测量，激光头上安装了直线度光闸，通过调节直线度光闸以方便两种方向直线度测量，如图4-4所示。,图4-4 直线度光闸,直线度光闸有两个可旋转的元件，外旋转件包括四个孔，而

3、内旋转件包括三个孔和两个靶子。 外旋转件旋转180时，使激光头出光、回光从一种布局（激光头输出光束与返回光束在同一垂直线上，此种布局用于水平方向直线度测量）变成了另一种布局（激光头输出光束与返回光束在同一水平线上，此种布局用于垂直方向直线度测量）。 沿逆时针方向再转90度则使光闸处于关闭位置。 表4-2表示内旋转件的顺时针旋转会使光闸处于下述四种位置，外旋转件位置为测量水平方向直线度误差的布局。,表4-2 直线度光闸内、外圈的调节及光闸状态,二、用激光干涉仪测量数控车床水平轴（Z轴）的水平方向直线度 测量CAK3665SJ型数控车床Z轴的水平方向直线度的布局图如图4-5所示。,图4-5 测量CAK3665SJ数控车床Z轴的水平方向直线度的布局图,1直线度测量配置 测量数控机床Z轴在水平方向的直线度，激光头、直线度干涉镜、直线度反射镜应按照图4-6、图4-7所示配置进行安装。移动直线度干涉镜，固定直线度反射镜。其中，图4-6所示为水平方向直线度测量配置俯视图，图4-7所示为水平方向直线度测量配置侧视图。,光学元件的固定和安装 （1）激光干涉仪随机配备了安装组件。如图4-8所示，将安装杆安

4、装到磁力表座上备用，将光学元件与安装块连接到一起，再将安装块连接到安装杆上，以便于将直线度干涉镜和直线度反射镜通过磁力表座固定在床身上。,d)反射镜,e)反射镜与安装块连接,f)反射镜装好,（2）如图4-9所示，将直线度干涉镜安装在数控车床工作台上，在测量过程中随Z轴移动；直线度反射镜安装在数控车床的主轴上，在测量过程中始终不动。目测将两个光学元件安装在同一水平面上，沿Z轴方向位于同一条直线上。,3三脚架及云台的安装 三脚架及云台为激光系统提供一个稳定的支撑调节平台，从而将激光头设定在不同的高度上，并能够方便地控制激光光束的准直。三脚架、云台和激光头三者组合之后，能够对激光系统进行光束准直。,（1）云台 结构如图4-10和图4-11所示，云台是为安装激光头提供的一个底板。其图4-10所示为云台的上表面结构，前部的两个凹孔是用于激光头两个前脚的安装。后部的凹孔用于激光头后脚安装。云台配有快速平移手柄和平移微调控制旋钮，可以对激光光束进行粗略和精细的水平平移。此外，云台配有扭摆微调控制旋钮，可以调节角度扭摆。,图4-10 云台上表面的结构图,图4-11所示为云台下表面结构。,图4-11 云

5、台下表面的结构图,云台套件还包括一个云台适配器，应该装配在通用三脚架的顶部，如图4-12所示,图4-12三脚架结构,2）三脚架 三角架的机构如图4-12所示，其具体使用步骤见表4-3。 表4-3 三脚架的具体使用步骤,4激光头光束的精确调节 激光头光束的精确调节方法见表4-4。 表4-4 激光头光束精确调节方法,5直线度测量软件的启动 首先在计算机上安装Renishaw Laser XL软件。 其次保证激光头与计算机正确连接，如图4-13所示。,图4-13 激光头与计算机连接,在系统任务栏中，单击“开始”按钮，选择Renishaw LaserXL程序，如图4-14所示。,图4-14 启动软件,（1）启动软件,（2）选择直线度测量 双击”短距离直线度测量”，如图4-15所示。,图4-15 短距离直线度测量,3）打开数据采集主窗口 见图4-16a所示，数据采集主窗口无任何数据，表示XL激光头未连接，此时应检查PC机上USB电缆与XL激光头是否可靠连接；如图4-16b所示，表示XL激光头已连接。,1）测量数据，实时显示激光读数。其单位由状态窗口右上角的单位指示灯标识。 2）信号强度，数据采集

6、主窗口有一个显示光束返回激光头后的激光信号强度指示器，指示器绿色色块高度可以指示激光头与光学镜组的光路准直情况，指示器上的绿色色块越高，准直程度就越好。 3）帮助信息。如果您需要帮助，可以打开在线帮助手册，方法是从帮助菜单中选择帮助选项或单击工具栏上 按钮。,6光路的准直,（1）在Z轴移动的整个行程内准直直线度干涉镜 如图4-17所示，将直线度干涉镜安装在数控机床工作台上，目测情况下尽量保证与激光光束垂直。测量水平方向直线度时，直线度干涉镜的安装应使激光光束从干涉镜的上孔射入，通过干涉镜的下孔返回。在光路准直调整过程中，要借助光靶，旋转直线度干涉镜调节圈，使光靶朝上。,表4-5 准直直线度干涉镜的调节步骤,（2）直线度反射镜的安装与调整,图4-18 直线度反射镜的安装,表4-6 直线度反射镜的调整步骤,表4-6 直线度反射镜的调整步骤,3）用“人工去除斜率误差”的方法来进一步精密调准激光光束 1）人工去除斜率误差校正原理： 数控机床的位移轴和直线度反射镜的光学轴线之间不平行引起的误差称作斜率误差。 为了校正斜率误差，使其光学轴和数控机床位移轴相平行。 2）调整方法： 在Z轴水平方向直线

7、度测量过程中，反射镜不动，干涉镜是移动的部件。调整步骤见表4-7。,表4-7 人工去除斜率误差调整步骤,4）误差数值的符号规定 在光路的准直完成后，采集数据之前，必须确定一个合适的符号协定。测量时数控车床Z轴从负向向正向移动，设定误差值的正方向与车床X轴正方向一致。,按图4-19所示方向轻推干涉镜，手指推的方向与X轴正方向相反(便于操作)，观察电脑屏幕上显示的误差读数值是正向递减的则方向正确,不需要再调节。 如不是这种情况，那么需要改变符号，点击电脑屏幕上的快捷键“+/-”，操作如图4-20所示。,7.数据采集 操作数控机车床，使车床的Z轴按照规定的间隔运动到一系列等距的位置上，并在相应的位置上测量其差值。数据采集之前，首先确定数控车床Z轴的最大行程（在光路准直的过程中已经将此值确定下来）。 例如：某小型教学用数控车床Z轴行程为-200至0。根据标准惯例，测量时要求被测轴从负向向正向移动，即目标位置是正向递增的。,（1）测量软件的定义方法见表4-8 表4-8 测量软件的定义方法,（2)操作机床，移动Z轴到起始点位置-200mm，误差读数清零，正向移动Z轴到相应的间隔点，在Z轴暂停时手动

8、采集数据，直至所有点的数据采集，单击“完成”按钮。,8.数据分析 （1）端点拟合法与最小二乘法。 坐标轴的直线度误差可定义为两条平行线之间的距离，它包含了坐标轴上的所有的点，并且和坐标轴的总方向平行。 端点拟合法是定义直线度基准线为首、尾数据点连线。这样全部误差是相对首、尾之连线形成的，如图4-21所示。图4-21a所示为未处理的直线度数据，图4-21b所示为用端点拟合处理后的数据。,最小二乘法提供了一种更加严谨、正确的直线度基准的定义。 图4-22a所示为未处理的直线度数据，图4-22b为用最小二乘法处理后的数据。,表4-9 直线度误差数据分析方法,9.直线度测量中的注意事项 （1）激光头最好放置在靠近被测机床的三角架上。若机床不易受到振动，可将激光头放置在机床的工作台或床身上。 （2）测量元件在布局时，若条件允许的话应尽量使直线度干涉镜成为移动件，直线度反射镜固定不动。若反之布局会导致测量误差增大。 （3）一定要进行人工去除斜率误差的操作。 （4）一定要进行合理的直线度误差值符号约定。 （5）光学元件应尽可能在热平衡状态，光学元件温度的增减会影响光路的准直，会降低测量精度。因此在测

9、量操作中不要过度地摸碰光学元件或使其受到其它热源的影响。 （6）直线度干涉镜和直线度反射镜都标有一特定的出厂编号，测量中应配对使用。,三、用激光干涉仪测量数控车床水平轴（Z轴）的垂直方向直线度 1.水平轴垂直方向直线度测量配置,2光学元件的固定与安装 （1）直线度干涉仪和直线度反射镜的安装如图4-25所示。,（2）将直线度干涉镜安装在数控车床工作台上，在测量过程中随Z轴移动；直线度反射镜安装在数控车床的主轴前固定的位置上，在测量过程中始保持不动。目测将两个光学元件安装在同一水平面上，Z轴轴线方向同一条直线上，如图4-26所示。,3三脚架和激光头的安装 三脚架、云台以及激光头的安装在前面已经详细说明，只是激光头的光闸位置与Z轴水平方向直线度测量时不同如图4-27所示,4直线度测量软件的启动（同水平方向直线度测量时的启动方法）,图4-27 激光头的光闸位置,5光路的准直 （1）在Z轴移动的全部行程内准直直线度干涉镜 。将直线度干涉镜安装在数控机床工作台上，在光路准直调整过程中，要借助光靶，旋转直线度干涉镜调节圈，使光靶在右侧，如图4-28所示。使用光靶准直激光光束，使光束在Z轴全程移动范围内都能击中光靶中心。具体调节步骤在前面已经详细说明不再阐述。水平轴垂直方向直线度测量时，直线度干涉镜的安装应使激光光束从干涉镜的右侧射入，通过干涉镜的左侧返回，如图4-28b所示。,（2）直线度反射镜的安装与调整,表4-10 直线度反射镜的调整步骤,表4-10 直线度反射镜的调整步骤,表4-11 人工去除斜率误差调整步骤,（4）误差数值的符号规定 测量数控车床（Z轴）垂直方向直线度误差时，假设规定误差值的正方向为垂直向下的方向。如图4-29所示，向下轻推干涉镜，观察计算机屏幕上显示的激光读数值是正向递增的，则方向正确,不需要再调节。如不是这种情况，即计算机屏幕上显示的激光读数值不是正向递增的，那么需要改变符号，操作如图4-30所示。,数据采集及利用Renishaw Lasex XL测量软件进行直线度数据分析的内容在前面已经详述，可以参照完成测量，获得水平轴（Z轴）垂直方向

《数控机床几何精度检测教学作者李玉兰主编项目四课件项目四任务一课件》由会员E****分享，可在线阅读，更多相关《数控机床几何精度检测教学作者李玉兰主编项目四课件项目四任务一课件》请在金锄头文库上搜索。