激光干涉仪报告.doc

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1、机械工程综合实践实验报告课程名称机械工程综合实践专业精密工程指导教师彭小强小组成员刘强谌贵阳吴志明实验日期2012.4.2—2011.6.25国防科学技术大学机电工程与自动化学院目录1激光干涉仪1.1激光干涉仪介绍1.2激光干涉仪原理2激光干涉仪测量机床的直线度2.1实验器材以及平台的搭建2.2激光干涉仪的调试2.3直线度的测量3激光干涉仪测量机床的重复定位精度3.1实验器材以及平台的搭建3.2激光干涉仪的调试3.3重复定位精度的测量4实验分析与总结目录一、实验目的与任务2二、实验内容与要求2三、实验条件与设备2四．实验原理31.定位精度测量32

2、.直线度测量4五、实验步骤51.设定激光测量系统52.调整激光光束，使之与机器运动轴准直。53.数据记录与数据处理6六、实验过程和结果81.X轴定位精度82.X轴直线度93.误差分析11七、实验总结与体会141.实验总结142.实验心得体会143.对课程的一些建议14综合实践3伺服系统运动精度建模与评价一、实验目的与任务通过对三轴机床的X轴进行定位误差实验，使学生掌握一般机构空间运动精度的测量与分析评价方法。主要内容包括了解双频激光干涉仪测量位移的基本原理，掌握利用双频激光干涉仪测量机床进给轴的定位误差的方法，深刻理解轴运动的精度的概念。在对机床

3、进给轴运动定位误差测量的基础上，分析机床的运动误差。二、实验内容与要求（1）直线轴运动误差测量。利用双频激光干涉仪建立直线轴定位精度、直线度、姿态误差的测量系统，并对机床典型三维进给机构各轴的运动误差进行测量，分析测量结果的不确定度；（2）垂直度测量。任选进给机构两轴，利用双频激光干涉仪建立两轴垂直度的测量系统，并对垂直度进行测量，并对测量结果进行评价；（3）典型三维进给机构的精度建模。在分析多轴进给机构拓扑结构的基础上，用多体系统理论和变分法建立多轴进给机构运动空间各点的运动误差传递模型；（4）典型三维进给机构的精度分析与评价。在测量得到的进给

4、机构轴运动误差的基础上，利用所建立的精度模型，对机构的典型运动轨迹如直线、圆弧、平面等的运动误差进行分析，并对分析结果的不确定度进行评价。三、实验条件与设备双频激光干涉仪，含直线度、定位精度测量组件。具体如图1所示。（图1定位精度测量组件直线度测量组件）四．实验原理1.定位精度测量（图2测量光路图）来自XL激光头的光束进入线性干涉镜，在此光束被分成两束。一束光（称为参考光束）被引向装在分光镜上的反射镜，另一束光（测量光束）则穿过分光镜到达第二个反射镜。然后，两束光都被反射回分光镜，在此它们重新组合并被导回到激光头，激光头内的探测器监测两束光之间的

5、干涉。图3为ISO230-1-1996(E)5.212.15规定的测量设备组建和标准光路。（图3：ISO标准光路）一般在线性测量过程中，一个光学组件保持静止不动，另一个光学组件沿线性轴移动。通过监测测量光束和参考光束之间的光路差异的变化，产生定位精度测量值（注意，它是两个光学组件之间的差异测量值，与XL激光头的位置无关）。此测量值可以与被测机器定位系统上的读数比较，获得机器的精度误差。通常，将反射镜设定为移动光学部件，将干涉镜设定为静止部件，如图4所示。二者可以反过来使用。（图4定位精度测量光路示意图）2.直线度测量激光通过直线度干涉仪后，分开成

6、具有小角度的两束光，这两束光被直线度反射镜反射后沿新的路径返回直线度干涉仪，在这里两束光汇聚在一起返回到激光头内。在测量过程中干涉仪随工作台一起运动，反射镜固定。干涉仪和反射镜之间的横向偏差会导致光程差的变化，通过监测测量光束和参考光束之间的光路差异的变化，产生直线度测量值。下图是测量水平方向的直线度，当把同时旋转90°时就可以测量竖直方向的直线度。由于两束光束受到环境同样的影响，所以不需要进行环境补偿。图直线度测量光路示意图图ISO230-1中直线度测量光路示意图五、实验步骤定位精度测量所需的步骤如下：1.设定激光测量系统将线性光学镜组连接到要

7、校准的机床上；在三角架上安装XL激光头；用USB电缆将XL激光头连接到PC机上，将电缆的一端插到XL激光头尾部的USB插槽中，另一端插到PC机上；为安全起见，开始时XL激光头的光闸应转至关闭位置，如下图5所示。图5XL光闸位置(不发出任何光束)图6定位精度测量光路原理图2.调整激光光束，使之与机器运动轴准直。本文所述准直步骤是假定按图6所示进行光学镜组设定，其中线性干涉镜为固定光学镜，反射镜为移动光学镜。（1）线性干涉镜和反射镜定位对三脚架和激光进行定位，使之垂直指向测量光学镜组。用机架作为目测视线，使激光和运动轴线二者大致准直。（2）旋转激光光

8、闸，使激光输出光束直径减小，如图7所示：图7激光干涉仪光闸图8激光头标靶（3）移动机床被测轴，使线性反射镜靠近激光头，将标靶安装在前面，