6大激光干涉仪影响因素,提高数控机床检测准确度全靠它了.pdf

中图仪器 1 6 大激光干涉仪影响因素，提高数控机床检测准确度全靠它了！ 激光干涉仪 是 精度 最 高的 线性位移 测 量 仪器，其光波可以直接对米进行定义，可溯源至国家标准 ， 通过与不同的光学组件结合，可以实现对 各类机床的 线性、角度、平面度、直线度（平行度）、垂直度、回转轴等参数的精密测量，并能对设备进行速度、加速度、频率 -振幅、时间 -位移等动态性能分析 ， 在相关软件的配合下，可自动生成误差补偿方案，为设备误差修正提供依据 但是我们在使用中往往会出现检测偏离值，偏离我们的预估 ， 以至于在高精度检测时，对设备产生怀疑 今天我们来 扒一扒 引起 激光干涉仪测量误差的 部分 原因 1、 阿贝误差 因测量光学镜组的安装高度不在被测设备的运动轴 上 引起 的 测量误差 称之为阿贝误差 产生 的原因是设备移动时存在俯仰、扭摆差， 因此 光学镜组 与 运动轴 偏置距离 越远，引起的阿贝误差越大 运 动 轴偏 置 距 离实 测 位 置理 论 值角度、偏置距离引起的误差表 （单位： um） 角度 （ ″ ） 偏置距离（ mm） 5 10 50 100 500 1 2 5 10 20 60 0.024 0.048 0.120 0.240 0.480 1.450 0.048 0.097 0.240 0.480 0.970 2.900 0.24 0.48 1.20 2.40 4.80 14.50 0.48 0.97 2.40 4.80 9.70 29.00 2.40 4.80 12.00 24.00 48.00 145.00 上表可得： 角度 1″ 在 500mm 偏置距离下引起的误差大约是 2.40um。

来个实际案例： 以检测机床时不同安装 高度为 具体说明 线性镜组 安装 距工作台 10cm： 中图仪器 2 线性镜组 安装距工作台 30cm 中图仪器 3 线性镜组 安装距工作台 50cm 中图仪器 4 实验结果 ：按 GB/T17421.2《机床检验通则》 2000 版分析标准得出结果 ， 镜组 安装 高度 偏离设备运动轴线越远， 检测结果中 重复精度以及定位精度就越差 偏置距离 反向 差值 双向 重复 精度 双向定位精度 10cm 1.30um 5.36 um 11.82 um 30cm 1.38 um 16.50 um 28.99 um 50cm 1.26 um 27.99 um 49.07 um 正确方式 ： 设备校准时线性镜组的安装高度应该尽量靠近被测轴 ， 使 激光光束与 运动 轴重合 （或尽量靠近）， 减小阿贝误差 扩展 ： SJ6000 激光干涉仪 用户在进行两台同类设备 定位精度的对比时，应该 进行 同轴比对 ， 即共用 线性 镜组 ，这样 才具有 可比性 2、 环境 因素 环境补偿单元能准确采集空气温度、压力、相对湿度信息， 基于 Edlen 公式 计算 空气折射率， 以此 对激光波长进行补偿 。

1000mm 示值 因环境温度、压力、空气湿度各自变化 引起 的 示值变化量 （单位： um） 环境温度 (℃ ) 示值 变化 量 气压（ kPa） 示值 变化 量 空气 湿度 (%RH) 示值 变化 量 0.20 0.191 0.200 0.537 5.0 0.042 0.40 0.382 0.400 1.073 10.0 0.085 0.60 0.573 0.600 1.610 15.0 0.127 0.80 0.763 0.800 2.146 20.0 0.170 中图仪器 5 1.00 0.953 1.000 2.683 25.0 0.212 同时环境补偿单元中 材料 温度探头能 实时 高精度测量被测设备温度，对其进行温度补偿但是往往因为 操作人员 将 材料 温度探头放置在错误的位置， 致使采集的数据不能真实反映被测物体 温度 状态， 从而 增大测量误差 上图为在测长机上架设激光 干涉仪用于检测量块的实际案例 设备安装在楼层地下室，有良好的温度风流控制，有效处理了环境的震动问题、气流扰动问题 测量时因把材料温度探头 以 “错误方式 ”放置 在 摆放 电脑的铁架上， 材料 温度探头采集 了非真实的被测 物 温度信息 ， 致 使 300mm 量块检测数据超差。

把材料温度探头 以 “正确方式 ”放置在被测量块周边， 并给予充分的恒温时间， 测量结果趋于中国计量院的校准值 正确方式 ： 性测量中， 需要 开启环境补偿单元，并 正确设置补偿材料的种类 ， 放置材料 温度探头的位置 在高 精 度的测量中，需要给予环境补偿单元以及被测物充分的恒温时间 3、 余弦误差 激光束路径与 被测 轴之间存在的任何未准直都会造成测得的距离和实际的运动距离之间有差异 ， 此误差被称为余弦误差 中图仪器 6 运 动 轴实 测 距 离当激光测量系统与运动轴未准直时，余弦误差会使得测量的距离比实际距离要短随着 未准直 角度的增加，误差也跟着显著增加，如下表所示： 角度 ( mm/metre) 误差 (ppm) 角度 ( mm/metre) 误差 (ppm) 0.45 0.1 3.20 5.0 1.00 0.5 4.50 10.0 1.40 1.0 10.00 50.0 处理方法： 若激光测量出现余弦误差，则激光读数将会小于原本应有的数值因此，通过 “轻微 ”调整 云台 的俯仰及偏转 旋钮 直到取得最大的激光读数， 将 能消 除 轴上的余弦误差 4、 死程误差 死程误差是性测量过程中与环境因素改变有关的误差，在正常状况下，死程误差并不大，而且只会发生在定标后以及测量过 程中的环境改变。

死 程 L 1测 量 光 程L 2当测量 时系统定标为 L1， 若干涉镜及反射镜之间没有动作，且激光束四周的环境状况有所改变，整个路径 (LI+L2)的波长（空气中）都会改变，但激光测量系统只会对L2 距离进行补偿 因此，死程测量误差会由于光束路径 L1 没有获得补偿而产生 处理方法： 在设定定标位置时，固定反射镜和移动镜组应 尽量 彼此邻接，以此减小死程误差 5、 镜组的安装 细节  将镜组固定牢靠 中图仪器 7 为了最小化振动作用并加强测量稳定性，镜组应牢靠固定到所需的测量点上；磁力表座应直接吸住机床底座，避免吸 装在机床护罩或机床盖 等 较薄弱的部分；确保吸装的表面平坦且没有 杂质 6、 正确使用 精度 上图是中国计量科学研究院检测 SJ6000 激光干涉仪 线性 位移 的数据， 这表 明 SJ6000激光干涉仪 在 正确的安装手段、正确的环境补偿、稳定的测量环境下即使 70 米距离 都能满足 0.1Lum（ L 测量长度，单位： m） 精度 ， 远远超出设备的 线性 标称精度 0.5Lum（ L 测量长度，单位： m） 。