【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 點(diǎn)位置應(yīng)靠在被測(cè)坐標(biāo)軸線(xiàn)的端點(diǎn)位置。循環(huán)方式是指測(cè)量時(shí)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的循環(huán)運(yùn)動(dòng)的方式。一般有線(xiàn)性循環(huán)和階梯循環(huán)兩種方式 誤差分析標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度刻度尺和光學(xué)讀數(shù)顯微鏡檢測(cè)法測(cè)量誤差來(lái)源及分析如下（1）儀器的極限誤差1im 1（2）標(biāo)準(zhǔn)件的誤差1im 2它是標(biāo)準(zhǔn)器本身固有的誤差,與測(cè)量方法無(wú)關(guān)。（3）安裝誤差1im 3它主要是由測(cè)量軸線(xiàn)(線(xiàn)紋尺)與機(jī)床移動(dòng)的軸線(xiàn)不平行而引起的誤差。其量值大小與其測(cè)量長(zhǎng)度L及兩軸之間夾角H的余弦成正比.即:1im3=L(1cosH),由于用杠桿千分表進(jìn)行校正,其,此項(xiàng)誤差可忽略不計(jì)（4）溫度誤差1im 4由于測(cè)量過(guò)程中線(xiàn)紋尺和機(jī)床的光柵尺存在著溫度誤差,必須對(duì)各點(diǎn)的位置偏差進(jìn)行誤差修正。根據(jù)溫度誤差的計(jì)算公式得溫度誤差的修正值: (33)式中：――線(xiàn)紋尺或機(jī)床光柵尺的線(xiàn)膨脹系數(shù)； L――測(cè)量長(zhǎng)度；t2――機(jī)床光柵尺的溫度；t1――線(xiàn)紋尺的溫度；由(33)式微分可得: (34)式(34)中,表示由于線(xiàn)紋尺和機(jī)床光柵尺的線(xiàn)膨脹系數(shù)不準(zhǔn)確而造成的誤差。式(34)中,表示由于測(cè)量過(guò)程中溫度測(cè)量不準(zhǔn)確而造成的誤差1im4= （35）（5）估讀誤差 1im 5測(cè)量總誤差為:1im總= （36）從上面分析可以看出,在諸項(xiàng)誤差中,溫度誤差中的線(xiàn)膨脹系數(shù)的誤差和溫度測(cè)量的誤差兩項(xiàng)是影響最大的,它不但包括溫度測(cè)量的誤差,還包括標(biāo)準(zhǔn)件和被測(cè)件各部位的溫度均勻性。為了減少這項(xiàng)誤差,要求在測(cè)量時(shí),標(biāo)準(zhǔn)件和被測(cè)件需在恒溫條件下長(zhǎng)時(shí)間等溫,以保證各處溫度的均勻性。同時(shí)要盡量提高溫度測(cè)量的精度。另外,如果測(cè)量時(shí)安裝不得當(dāng),由安裝所造成的誤差也是不可忽略的[4] 雙頻激光干涉儀檢測(cè)法 雙頻激光干涉儀的工作原理激光干涉測(cè)量原理如圖32所示將HeNe激光器1置于永久磁場(chǎng)中，由于塞曼效應(yīng)使激光原子譜線(xiàn)分裂為旋轉(zhuǎn)方向相反的左右圓偏振光。設(shè)兩束光振幅相同，頻率分別為和（和相差很?。?。左右圓偏振光經(jīng)片2后變成振動(dòng)方向相互垂直的線(xiàn)偏振光。分光器3將一部分光束反射，經(jīng)檢偏器4形成:拍頻信號(hào)。由接收器5接收為參考信號(hào)。另一部分光束通過(guò)分光器3進(jìn)入偏振分光器6,其中平行于分光面的頻率為的線(xiàn)偏振光完全通過(guò)分光器6到達(dá)可動(dòng)反射鏡8，可動(dòng)反射鏡8以速度V移動(dòng)時(shí)，由于多普勒效應(yīng)產(chǎn)生差頻，這時(shí)變成（).而垂直于分光面的頻率為的線(xiàn)偏振光完全發(fā)射到固定反射鏡7。從反射鏡7和8發(fā)射回來(lái)的兩束光到偏振分光器6的分光而會(huì)合，再經(jīng)轉(zhuǎn)向棱鏡9,偏振器10，由接收器11接收為測(cè)量信號(hào)，測(cè)量信號(hào)與參考信號(hào)的差值即為多普勒頻率差。計(jì)數(shù)器在時(shí)間t內(nèi)計(jì)取頻率為的脈沖數(shù)N相當(dāng)于在t區(qū)間內(nèi)對(duì)f積分，即:由于而所以故測(cè)量距離L為式中 N －－――累計(jì)脈沖數(shù) ――――激光波長(zhǎng)C ――――光速因此，當(dāng)移動(dòng)可動(dòng)反射鏡8時(shí)，可通過(guò)累計(jì)脈沖數(shù)得到測(cè)量距離。當(dāng)把測(cè)量距i離與數(shù)控機(jī)床上的光柵尺讀數(shù)相減時(shí)即可得到數(shù)控機(jī)床的定位誤差。[3] 雷尼紹激光校準(zhǔn)系統(tǒng)下面以使用英國(guó)雷尼紹激光校準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行線(xiàn)性測(cè)量為例，介紹雙頻激光干涉儀檢測(cè)法：(1)線(xiàn)性測(cè)量原理圖 33 線(xiàn)性測(cè)量的光學(xué)設(shè)置將一個(gè)線(xiàn)性反射鏡連接到具有兩個(gè)緊螺紋的分光鏡上，組成“線(xiàn)性干涉鏡”，作為激光束的參考路徑。線(xiàn)性干涉鏡位于ML10激光器和線(xiàn)性反射鏡之間的光束上，如圖33所示。分光鏡管上標(biāo)有兩個(gè)箭頭顯示其方位。箭頭應(yīng)指向兩個(gè)反射鏡，如上圖所示。圖 34 測(cè)量原理ML10激光器的光束射入線(xiàn)性干涉鏡，再分為兩道光束。 一道光束（參考光束）射向連接分光鏡的反射鏡，而第二道光束（測(cè)量光束）則通過(guò)分光鏡射入第二個(gè)反射鏡。兩道光束再反射回分光鏡，重新匯聚之后返回激光頭，其內(nèi)部的一個(gè)探測(cè)器監(jiān)控兩道光束間的干涉。在進(jìn)行線(xiàn)性測(cè)量時(shí)，保持其中的一個(gè)光學(xué)元件不動(dòng)（常常是干涉鏡），而另一個(gè)則沿著線(xiàn)性軸移動(dòng)，如圖34所示。定位測(cè)量是通過(guò)監(jiān)控測(cè)量及參考光束間光路差異的變化進(jìn)行（兩個(gè)光學(xué)元件間的差分測(cè)量與ML10激光器的位置無(wú)關(guān)）。通過(guò)測(cè)量結(jié)果與待測(cè)機(jī)床的標(biāo)尺讀數(shù)比較，便可測(cè)得機(jī)床精度的任何誤差。用于測(cè)量線(xiàn)性定位的典型系統(tǒng)設(shè)置如圖 35 所示：圖 35 用于測(cè)量定位的典型系統(tǒng)設(shè)置（2）進(jìn)行線(xiàn)性測(cè)量的一般步驟：。(3)簡(jiǎn)單線(xiàn)性準(zhǔn)直步驟如果對(duì)使用這個(gè)系統(tǒng)很有經(jīng)驗(yàn)，可以使用簡(jiǎn)便快捷的快速準(zhǔn)直步驟。 ，將光靶安裝到反射鏡上。準(zhǔn)直激光器，使光束通過(guò)整個(gè)運(yùn)動(dòng)軸擊中光靶的中心。，如有必要，水平平移激光頭，以便從線(xiàn)性干涉鏡和反射鏡中返回的光束擊中光閘上的光靶。圖 36，使光束回到光靶的中心。圖 37，檢查返回的光束在激光頭的準(zhǔn)直度。在激光頭處，任何光束的光路準(zhǔn)直誤差產(chǎn)生的影響都會(huì)加倍，可以很容易發(fā)現(xiàn)。光鏡快速堆直步驟（1）沿著運(yùn)動(dòng)軸將反射鏡與干涉鏡分開(kāi)。圖 38（2）移動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)，當(dāng)光束離開(kāi)光靶外圓時(shí)停止移動(dòng)。圖 39 垂直光束調(diào)整 （3）使用激光頭后方的指形輪使兩道光束回到相同的高度。圖 310（4）使用三腳架中心主軸上的高度調(diào)整輪使激光頭上下旋轉(zhuǎn)，直到兩道光束都擊中光靶中心。圖 311水平光束調(diào)整（5）用三腳架左后方的小旋鈕，調(diào)整激光頭的角度偏轉(zhuǎn)，使兩道光束彼此重疊。 圖 312（6）用三腳架左邊中間的大旋鈕，調(diào)整激光頭的水平位置，使兩道光束擊中光靶的中心。圖 313（7）沿著運(yùn)動(dòng)軸重新開(kāi)始移動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)。在看到光束移開(kāi)光靶時(shí)再次停止。重復(fù)步驟3到6，直到完成整個(gè)軸向的光鏡準(zhǔn)直。(8)達(dá)到軸的末端時(shí)，將機(jī)床移回，使反光鏡及線(xiàn)性反射鏡互相靠近。注：若其中一道光束離開(kāi)光閘的光靶，是由于反光鏡側(cè)向偏移所造成。 上下左右移動(dòng)反光鏡，使從反光鏡返回的光束與干涉鏡的光束在光閘的光靶上互相重疊。重復(fù)步驟1到10，直到兩道光束在整個(gè)運(yùn)動(dòng)軸長(zhǎng)度范圍內(nèi)都保持在光靶的中心。(9)保持光束和測(cè)量軸準(zhǔn)直。將光閘旋轉(zhuǎn)到其測(cè)量位置，如圖314所示。當(dāng)反光鏡沿著機(jī)床的整個(gè)運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度移動(dòng)時(shí)，檢查線(xiàn)性數(shù)據(jù)采集軟件中顯示的信號(hào)強(qiáng)度。圖 314接下來(lái)，啟動(dòng)環(huán)境補(bǔ)償功能并確保在軟件中輸入正確的材料膨脹系數(shù)。然后采集線(xiàn)性數(shù)據(jù)。 測(cè)量誤差分析雙頻激光干涉儀的誤差項(xiàng)目包括：(1)雙頻激光干涉儀的極限誤差=式中： L測(cè)量的長(zhǎng)度(m)(2)安裝誤差2它主要是由測(cè)量軸線(xiàn)與機(jī)床移動(dòng)的軸線(xiàn)不平行而引起的式中: L測(cè)量的長(zhǎng)度(m)測(cè)量軸線(xiàn)與機(jī)床移動(dòng)的軸線(xiàn)之間的夾角由于光路準(zhǔn)直,值趨于0,故此項(xiàng)誤差忽略不計(jì)(3)溫度誤差3它主要是由機(jī)床溫度和線(xiàn)膨脹系數(shù)不準(zhǔn)確而造成的式中: L―――測(cè)量的長(zhǎng)度(m)――――機(jī)床溫度測(cè)量誤差A(yù)――――機(jī)床材料線(xiàn)膨脹系數(shù)――――線(xiàn)膨脹系數(shù)測(cè)量誤差從上面分析可以看出,在各項(xiàng)測(cè)量誤差中,溫度誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性影響最大,所以,為了保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性,測(cè)量環(huán)境溫度應(yīng)滿(mǎn)足205度,測(cè)量前應(yīng)使機(jī)床等溫12h以上,同時(shí)要盡量提高溫度測(cè)量的準(zhǔn)確度。另外,如果測(cè)量時(shí)安裝不得當(dāng),由安裝所造成的誤差也是不可忽略的 對(duì)比和分析對(duì)比和雙頻激光干涉儀檢測(cè)法中誤差組成，可發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度刻度尺和光學(xué)讀數(shù)顯微鏡檢測(cè)法中的誤差包含的誤差更多，誤差更大。標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度刻度尺和光學(xué)讀數(shù)顯微鏡檢測(cè)法檢測(cè)技巧對(duì)檢測(cè)精度的影響比較大，～,而用激光測(cè)量，誤差小，測(cè)量精度可比標(biāo)準(zhǔn)尺檢測(cè)方法提高一倍。因此，在進(jìn)行數(shù)控機(jī)床位置精度檢測(cè)時(shí)，應(yīng)以雙頻激光干涉儀檢測(cè)法為準(zhǔn)。第4章 數(shù)控機(jī)床位置精度檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)目前,國(guó)際上比較通行的數(shù)控機(jī)床位置精度檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)有NMTBA(美國(guó)機(jī)床制造商協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn))、JIS(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))、VDI/DGQ(德國(guó)工程師協(xié)會(huì)/德國(guó)質(zhì)量協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn))、ISO(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn))等，我國(guó)亦在頒布有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 1093189機(jī)床檢驗(yàn)通則中第2部分:數(shù)控軸線(xiàn)的定位精度和重復(fù)定位精度的確定。在本文里，只討論國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO 2302,中國(guó)標(biāo)準(zhǔn) GB 1093189，日本標(biāo)準(zhǔn) JIS B 6336及德國(guó)標(biāo)準(zhǔn) VDI/DGQ 3441。 ISO 2302該部分的ISO 標(biāo)準(zhǔn)定義了在數(shù)控機(jī)床上直接測(cè)量單軸進(jìn)行位置精度和重復(fù)定位精度測(cè)試和評(píng)價(jià)的方法。注意：該方法不適用于同時(shí)在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行多個(gè)軸測(cè)試的情況。 術(shù)語(yǔ)和代號(hào)ISO 2302定義了如下術(shù)語(yǔ)和代號(hào)：(a）軸向行程 線(xiàn)性或旋轉(zhuǎn)軸在數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)下組件可達(dá)到的最大行程。(b)測(cè)量行程 軸線(xiàn)行程的一部分，用于數(shù)據(jù)集體。選擇部分的第一個(gè)及最后一個(gè)點(diǎn)可以單向趨近。(c)目標(biāo)位置 （i＝1～m） 編程控制運(yùn)動(dòng)部件通過(guò)的點(diǎn)，附錄中定義了沿軸線(xiàn)或繞軸線(xiàn)目標(biāo)點(diǎn)的選取方法。(d)實(shí)際位置 （i＝1～m；j＝1～n）運(yùn)動(dòng)部件在j次測(cè)試中到達(dá)第i個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的測(cè)量位置(e)位置偏差 運(yùn)動(dòng)部件到達(dá)的實(shí)際位置與目標(biāo)位置的差值 (41)(f)單向 表示在一系列的測(cè)量中總是沿著或繞著軸線(xiàn)從草棚個(gè)方向趨近進(jìn)行測(cè)量。符號(hào)表示以正向趨近目標(biāo)點(diǎn)，符號(hào)則表示以負(fù)方向趨近，例如和。(g)雙向 表示在一系列的測(cè)量中，沿著或繞著軸線(xiàn)在兩個(gè)方向上趨近目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。(h)擴(kuò)展不確定度 用于量化在測(cè)量結(jié)果可能包含的偏差間隔(i)覆蓋因子 為取得擴(kuò)大偏差而使用的組合標(biāo)準(zhǔn)偏差乘數(shù)因子(j)單向平均位置偏差 、： n次單向趨近目標(biāo)位置時(shí)，位置偏差的數(shù)學(xué)平均值。 (42) (43)(k)雙向平均位置偏差 ：從正負(fù)方向趨近目標(biāo)位置時(shí)，單向平均位置偏差和的算術(shù)平均值(l)反向差值：從正負(fù)方向趨近目標(biāo)位置時(shí)，單向平均位置偏差和的差值 (44)(m)軸線(xiàn)反向差值 B：反向差值絕對(duì)值的最大值