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蘇州中航長風數(shù)控科技有限公司

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公司名稱: 蘇州中航長風數(shù)控科技有限公司
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提高機床校準時間方法解析
點擊次數(shù):2907 更新時間:2011-03-23

提高機床校準時間方法解析

 位移測量手段
    1881年Michelson 發(fā)明了干涉儀。他后來在1907年為此獲得了諾貝爾物理獎。Michelson 干涉儀用白光作光源,并用了固定和可移動的反射鏡。Michelson 干涉儀通過計算干涉條紋一直被用來測量距離或比較距離。隨著激光的發(fā)明,單頻的氦氖激光取代了白光作為光源,并用二個角錐棱鏡代替了平面鏡。
    單頻的氦氖激光束被一分束器分成二束光,一半光束通過一可移動的角錐棱鏡,另一半則反射到一固定的角錐棱鏡。二反射光束回來時在分束器相遇。將所有光路精密地調(diào)準后,這二相遇的光束就相互干涉,并產(chǎn)生干涉條紋。用一小面積的光電探測器計數(shù)條紋。每一周期的強度變化表示可移動角錐棱鏡行程的半波長。假如已知激光的波長,那么可移動角錐棱鏡行程也可地得到。單頻干涉儀的問題是對于噪聲太敏感。因此,從移動中無法辨別電噪聲還是增益漂移。
    雙頻的干涉儀使用一雙頻的氦氖激光器,將二個不同頻率光束混合后產(chǎn)生一載波頻率。因此,攜帶的距離信息是以交流波形式而不是直流波形式。雙頻干涉儀的問題是需要笨重的永磁鐵以及精密的光學元件以穩(wěn)定激光頻率,保持偏振,并使回到激光諧振腔的散射光減到zui小。由于該系統(tǒng)體積笨重,并有大量的光學元件,因此測量時大部分機床需要打開機床罩。
    激光多普勒校準系統(tǒng)
    激光多普勒校準系統(tǒng)使用一激光多普勒位移測量儀(LDDM),該系統(tǒng)結合了微波雷達技術、多普勒效應以及光學外差技術。LDDM采用了電光、光學外差工藝及相位解調(diào)器來得到移動角錐的位置信息。
    LDDM是用一氦氖激光束照射一反射鏡來測量位移的。當反射鏡移動時被反射的激光束發(fā)生頻率變化。由于被反射激光束的相位正比于反射鏡的位置,因此可以測量得到位置的變化。
    對于LDDM來說,偏振及彌散光不是一個問題,也不需要精密的光學系統(tǒng)。鏡子可以隨意插入光路,簡單的反射鏡就可以用來反射激光束到任意的角度。
    如何使用激光多普勒校準系統(tǒng)
    要校準普通或者滾珠絲桿,在軸上放一刀片,馬達驅(qū)動絲桿觸發(fā)了位置傳感器。例如可以用四個位置傳感器來采集四套每轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)。位置傳感器送出一TTL脈沖到PCMCIA卡以觸發(fā)數(shù)據(jù)采集。不間斷地采集數(shù)據(jù)的關鍵是外部觸發(fā)器和數(shù)據(jù)采集與TTL觸發(fā)脈沖同步,也即同時采集數(shù)據(jù)。用四個位置傳感器測得的典型的滾珠絲桿的螺距誤差是每轉(zhuǎn)0.2英寸。因此在超過20英寸的絲桿上每英寸可以測20個數(shù)據(jù)。在這個例子中,熱膨脹誤差比螺距誤差小得多。
    要校準數(shù)控機床的一個軸,將激光頭放置在床身上,反射鏡或者靶標被安置在主軸上。將激光束與常規(guī)靜態(tài)的激光校準一樣調(diào)整到平行與主軸。但是與通常每走一步要停5秒鐘一直走到終點不同,現(xiàn)在將主軸調(diào)整到可以從開始一直連續(xù)移動到終點而不需要任何停止。

序言:常規(guī)測量數(shù)控機床位移誤差的方法是靜態(tài)的---在每次測量間隔機器要停幾秒鐘穩(wěn)定下來,然后采集定位數(shù)據(jù)。對于小間距或長行程機床的測量,這意味著需要相當可觀的停機時間。而同樣的測量,采用不間斷的同步數(shù)據(jù)采集,僅需幾分鐘。事實上,不間斷的同步數(shù)據(jù)采集還可以測量更多的點,提供更多的細節(jié)且省時間。譬如,如果每25毫米間隔要停5秒鐘的話,1,250毫米的軸長以及5個來回的操作需要50分鐘以上的時間。
    此外,靜態(tài)定位誤差通常是由于幾何尺寸、導軌以及結構剛性引起的。而一般不測量的動態(tài)定位誤差則是由伺服參數(shù)、諧振頻率以及加速度或減速度引起的。換句話說,因為機床在采集數(shù)據(jù)前停下來了,這就遺漏了伺服或動態(tài)誤差。理論上軌跡精度應該可以用動態(tài)位移誤差表來改進,而不是靜態(tài)位移誤差表。對于模具制造商來說,這一點特別重要,因為必須要保證模具腔與多種表面組成的復雜幾何形狀*一致。

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