激光干涉仪在测量数控机床位置精度上的应用

激光干涉仪在测量数控机床位置精度上的应用

本文通过对Renishaw XL-80型双频激光干涉仪的基本构成和工作原理的简单介绍，结合使用它对汉川机床有限公司生产的XH714D型立式加工中心的位置精度的测量、检测结果的评定以及螺距误差的补偿，从而掌握激光干涉仪在测量数控机床位置精度上的使用技巧，最终达到提高数控机床的加工精度的目的。

标签：激光干涉仪；位置精度；评定；螺距误差补偿

1 基本构成和工作原理

XL-80型双频激光干涉仪它由XL激光头、三脚架和云台、XC环境补偿单元、空气温度传感器和材料温度传感器、线性测量光学镜组、光学镜安装组件以及系统软件构成。它以激光波长为已知长度、利用迈克耳逊干涉原理来测量数控机床的线性定位精度和重复定位精度、角度的俯仰和偏摆、直线度、垂直度、平面度以及旋转轴/工作台的角度定位测量。

2 位置精度的测量

以测量汉川机床有限公司生产的型号为XH714D、数控系统为FANUC oi的立式加工中心的X轴位置精度为例：

2.1 首先要对整个机床的水平进行调平，然后启动機床进行15分钟的空运转，接下来让X轴、Y轴、Z轴三轴回零。

2.2 按照图1所示的布置方式进行激光干涉仪的布置。

图1 激光干涉仪的布置

2.3 开启XL激光电源，进行大约6分钟时间的预热。

2.4 使用光靶快速准直激光束。

2.4.1 沿着运动轴将机床推离激光头，直到看到光束开始移开光靶。当只有一半的光束仍然击中白点时停止移动机床。

2.4.2 用三脚架台左后方的小旋钮，调整激光头的角度偏转，以使光束横扫过白色光靶。继续移动光束，直到它位于相反方向离中心的距离相同。用三脚架台左边中间的大旋钮，调整激光头水平平移，使光束返回光靶的水平中心线。

2.4.3 注意激光束在目标上的垂直位置，使用激光头后方的指形轮来调整其旋转步长，使光束垂直扫过目标。调整指形轮，直到光束位于相反方向离目标中心的距离相同的位置。

2.4.4 使用三脚架中心主轴上的高度调整轮来将激光头上下移动，直到光束再一次击中目标中心。另外，此时，可能有必要进行另外一个较小的水平回转调整，以使激光束返回到该目标的中心。

2.4.5 现在沿着运动轴继续推离机床。当您看到激光头移开目标时再一次停止。重复步骤2.4.1到2.4.4的激光器准直调整，直到您达到轴的末端。达到轴的末端时，将机床移回激光器，来到轴的起点。若光束不再位于光靶中心，则水平平移激光器，使光束回到光靶的垂直中心线。

2.4.6 然后，垂直平移激光头，使光束回到光靶的中心。此时，可能有必要进行另外一个较小的水平回转调整，以使激光束返回到该光靶的中心。

2.4.7 重复步骤2.4.1到2.4.6操作，直到光束在整个运动轴范围内都能保持在光靶的中心。

2.5 编制测量运行程序

设置激光干涉仪软件，准备采集数据。机床X轴回原点后，执行以下程序：

数据采集结束后，按国家标准《GB/T17421.2-2000机床检验通则第2部分：数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定》进行数据分析。

图2 X轴的检测数据

3 检测结果的评定

以图2为该加工中心X轴的检测数据，定位精度A：0.008mm/全长，重复定位精度R：0.002mm，反向差值：0.002mm。按照《GB/T18400.2-2010加工中心检验条件第2部分：立式或带垂直主回转轴的万能主轴头机床几何精度检验（垂直Z轴）》标准要求进行评定，定位精度A：0.022/500mm，重复定位精度R：0.012mm，反向差值B：0.010mm，因此，该加工中心X轴位置精度符合要求。无需进行螺距误差的补偿。

4 螺距误差的补偿

如果测量的检测数据不符合相关标准要求，那就要对该轴进行螺距误差的补偿。螺距误差的补偿的方式有两种，一种是通过激光干涉仪软件与数控系统的RS232接口连接自动进行螺距误差的补偿。另一种是人工将激光干涉仪软件生成的反向差值及位置误差补偿值输入到数控系统的相关补偿参数（No.3620～No.3624，No.1851）中，然后重启系统。反向差值及位置误差补偿生效。

5 结束语

当今，在数控机床的位置精度检测中，国内外公认唯一的先进检测设备——激光干涉仪。我们通过使用它可以对数控机床位置精度进行检测、评定以及螺距误差补偿。通过分析检测的结果，也可以帮助我们了解产生误差的原因。激光干涉仪的应用价值很高，我们应该充分的使用它来提高数控机床的加工精度，进而提高设备的使用价值，为我国装备制造业的发展做贡献。

参考文献

[1]RenishawXL激光测量系统用户手册（版本2.1）.

[2]FANUCoiMate-MD系统参数说明书[Z].

[3]GB/T18400.2-2010加工中心检验条件第2部分：立式或带垂直主回转轴的万能主轴头机床几何精度检验（垂直Z轴）[S].