基于激光干涉仪的数控机床定位精度检测与误差补偿方法

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1、学术论文RESEARCH基于激光干涉仪的数控机床定位精度检测与误差补偿方法PositionAccuracyMeasuringandErrorCompensationMethodofNCMachineToolBasedonLaserInterferometer上海航天精密机械研究所王　堃　孙程成　钱　锋　王　玮　郑　巍[摘要]针对RIFA80数控机床定位精度大幅度下绍激光干涉仪具备自动线性误差补偿能力，可方便检测降的问题，介绍了利用英国雷尼绍(RENISHAW)ML10出机床的定位精度。激光干涉仪对该机床的定位精度和重复定位精度进行如图1所示，激光干涉仪利用光的干涉

2、原理和多普精度检测和误差补偿的方法，并对误差补偿前后的检测勒效应产生频差的原理来进行位置检测。2束振幅相同，数据进行了分析。结果表明，通过精度检测和误差补偿，频率分别为f1和f2的左右圆偏振光由激光器1发出，经RIFA80机床的各项精度指标已达到工作要求。λ/4片之后变为振动方向垂直的线偏振光。分光器3将关键词：激光干涉仪数控机床精度误差补偿一部分光束反射，经检偏器4形成频率分别为f1、f2的[ABSTRACT]Aimedatthesharpdeclineofthe反射器λ/4片偏振分positionaccuracy,theexperimentmethodofus

3、ingML10分光器光器Laserinterferometertomeasurethemachineaccuracyof激光器positionisintroduced.Furthermorethroughtheanalysisof棱镜反射器themeasuredata,itisdemonstratedthattheerrorcompen-检偏器偏振器sationisfeasible.Keywords:LaserinterferometerNCmachinetoolAccuracyErrorcompensation接收器接收器图1　激光干涉仪原理随着使用年限的增长，

4、数控加工中心的精度将不可Fig.1　ElementsofLaserinterferometer避免地出现不同程度的下降。数控机床的加工精度由信号，由接收器5接收为参考信号；另一部分光束通过刀具与工件之间的相对位置决定，其影响因素很多，而分光器3进入偏振分光器6，其中平行于分光面的频率机床的动态误差是影响加工精度的主要因素。提高精度主要有2种途径，一是“硬件”方法，即提高机床部件为f2的线偏振光完全通过分光器6，到达可动反射镜8。从反射镜7和8发射回来的2束光到偏振分光器6的的加工、装配精度，此方法不仅受到加工机床精度等级分光面汇合，再经转向棱镜9、偏振器10，由接

5、收器11的制约，而且随着加工精度的提高，加工成本呈指数级接收为测量信号，测量信号与参考信号的差值即为多普数增加，效益不高；二是“软件”的方法，该种方法通过勒频率差△f。计数器在时间t内计取频率为△f的脉使用激光干涉仪采集数控机床的定位精度，再利用数控冲数N，相当于在t区间内对f积分，即机床的可编程、智能性，对机床误差进行补偿从而达到t提高机床精度的效果。采用这种精度检测加误差补偿N=Δfdt，0的方法，无需对数控机床硬件进行改造便可较大幅度地由于△f=2（v/c）f，而v=dL/dt，f=c/λ，所以提高数控机床的加工精度。ttN=Δfdt=(2/λ)dL=

6、2L/λ，001　ML10激光干涉仪原理故测量距离雷尼绍ML10激光干涉仪是一种检测线性误差的L=（λ/2）N，高精度仪器，其精度高，可达到±1.1PPM（0~40℃），式中，N为累计脉冲数；λ为激光波长；c为光速。测量范围大（线性测长40m，位选80m），测量速度快测量时系统的布局如图2所示，激光干涉镜放置在（60m/min），分辨率高（0.001μm），便携性好。由于雷尼ML10激光头和线性反射镜之间的光路上，从ML10发90航空制造技术·2010年第21期学术论文RESEARCH轴线单向定位系统偏差：工作台E↑=max[Xi↑]−min[Xi↑]；参考光束参

7、考光束E↓=max[Xi↓]−min[Xi↓]；轴线双向定位系统偏差：ML10激光E=max[Xi↑;Xi↓]−min[Xi↑;Xi↓]；线性干涉镜线性反射镜轴线双向平均位置偏差：图2　激光干涉仪系统M=max[Xi]−min[Xi]；Fig.2　SystemofLaserinterferometer轴线单向定位精度：A↑=max[Xi↑+2Si↑]−min[Xi↑−2Si↑]，出的光束在线性干涉镜处分裂为2束相干光束，一束光A↓=max[Xi↓+2Si↓]−min[Xi↓−2Si↓]；束从附加在线性干涉镜上的反射镜反射回激光头，而另轴线双向定位精度：一束光束要经

8、由另一个线