全球的競(jìng)爭(zhēng)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)機(jī)床提出了更高的定位精度、更小的公差及更高的進(jìn)給率。為了達(dá)到這些要求并生產(chǎn)出高品質(zhì)高精度的零件，必須要測(cè)量機(jī)床的三維體積定位精度。

二十年前，機(jī)床的最大定位誤差為絲桿的螺距誤差及絲桿的熱膨脹誤差。但現(xiàn)在上述的大部份誤差已被大幅度降低，機(jī)床的主要誤差轉(zhuǎn)而變成垂直度誤差和直線度誤差。為了達(dá)到高的機(jī)床三維空間定位精度，機(jī)床上所有的3個(gè)位移誤差、6個(gè)直線度誤差和3個(gè)垂直度誤差都必須得到測(cè)量與補(bǔ)償。用傳統(tǒng)的激光干涉儀來(lái)測(cè)量直線度和垂直度誤差是較困難并費(fèi)時(shí)費(fèi)錢的。通常需要停機(jī)數(shù)日并要求有經(jīng)驗(yàn)的行家來(lái)進(jìn)行測(cè)量。

美國(guó)光動(dòng)公司（Optodyne, Inc. ）已為機(jī)床三維體積定位誤差測(cè)量開發(fā)了一種新的、突破性的激光矢量測(cè)量技術(shù)（美國(guó)專利6,519,043, 2/11/2003）。這種測(cè)量方法僅需數(shù)小時(shí)就可以完成而不是傳統(tǒng)激光干涉儀的幾天。因此，三維體積定位誤差測(cè)量和補(bǔ)償變得實(shí)用，并可達(dá)到更高的精度和更小的公差。

意大利的一家公司JOBS S.P.A.自八十年代以來(lái)一直在制造三軸和五軸高速線性馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床。二年前JOBS用光動(dòng)公司專利許可的激光多普勒干涉儀（LDDM）取代了傳統(tǒng)的激光校準(zhǔn)設(shè)備。結(jié)合三維體積定位誤差測(cè)量技術(shù)，或者結(jié)合光動(dòng)公司發(fā)明的分步對(duì)角線測(cè)量技術(shù)，LDDM使JOBS很容易地做到精確的測(cè)量，并可以在生產(chǎn)運(yùn)作發(fā)生危機(jī)前就察覺到問題。如果零件不合格，就將直接影響裝配和電氣部門的生產(chǎn)。而如果零件加工不能滿足規(guī)定的公差，則要花更多時(shí)間來(lái)裝配以保證機(jī)床能做到加工精度的技術(shù)指標(biāo)。

用光動(dòng)公司的三維體積激光校準(zhǔn)設(shè)備，JOBS公司花很少時(shí)間，幾次測(cè)量就得到了更完整的數(shù)據(jù)。使得JOBS公司很清楚地了解機(jī)床的誤差，便及時(shí)地校準(zhǔn)這些誤差，因而以更有競(jìng)爭(zhēng)性的質(zhì)量和價(jià)格交付用戶。

分步對(duì)角線測(cè)量方法使用4條相同的對(duì)角線設(shè)置，采集了12組數(shù)據(jù)。在測(cè)量得到數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，所有三個(gè)位移誤差、六個(gè)直線度誤差和三個(gè)垂直度誤差都能確定。測(cè)量得到的定位誤差可以用來(lái)產(chǎn)生三維體積補(bǔ)償表，此表可以被上載到Siemens 840D控制器以校準(zhǔn)任何定位誤差，從而提高了定位精度。

JOBS公司報(bào)道了用光動(dòng)的干涉儀以及分步對(duì)角線測(cè)量方法只要很少的幾次測(cè)量就得到了足夠多的數(shù)據(jù)，可以非常清楚地顯示出機(jī)床的狀態(tài)。JOBS非常容易地解決了一些通常的問題，諸如裝配誤差、溫度變化引起的誤差以及結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的問題等，并沒有增加裝配時(shí)間。JOBS生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量越來(lái)越好。而且，用于三維體積校準(zhǔn)的分步對(duì)角線測(cè)量需要較多7次測(cè)量，從這7次測(cè)量中可了解到大部分誤差的類型及大小。JOBS已經(jīng)認(rèn)定使用該方法來(lái)替代傳統(tǒng)儀器在裝配線上作為光學(xué)準(zhǔn)直儀、直尺以及花崗石平臺(tái)。

JOBS公司使用的光動(dòng)公司的LDDM技術(shù)采用了單光束的MCV-500及雙光束的MCV-2002從一個(gè)可移動(dòng)的靶標(biāo)上反射回調(diào)制過(guò)的激光束，帶有位置信息的光束被探測(cè)到并經(jīng)過(guò)處理用來(lái)產(chǎn)生查找表，因而能使控制器補(bǔ)償誤差。由于返回光束沒有像傳統(tǒng)的激光干涉儀那樣對(duì)偏移有要求，因此設(shè)置非?？?。僅需調(diào)整二個(gè)元件：一個(gè)單孔的發(fā)射和接受激光束的激光頭，一個(gè)作為靶標(biāo)的平面鏡。

JOBS公司報(bào)道了單光束的MCV-500利用分步對(duì)角線測(cè)量使得只要中斷很少裝配時(shí)間就可以得到三維體積定位誤差，因此大大降低了成本。

激光和平面鏡安置在主軸和工作臺(tái)上，沿每一軸X軸、Y軸、Z軸分別分步交替移動(dòng)，這樣重復(fù)一直走到對(duì)角線的對(duì)角上。所有三個(gè)軸每一步移動(dòng)后對(duì)角線的定位誤差就采集到了。這項(xiàng)技術(shù)采集了三倍的數(shù)據(jù)量，并允許可以測(cè)量得到每一軸移動(dòng)時(shí)的位移誤差。

靶標(biāo)移動(dòng)的軌跡并不是直線，側(cè)向移動(dòng)是較大的。而傳統(tǒng)的干涉儀不允許這么大的側(cè)向移動(dòng)，測(cè)不到數(shù)據(jù)。而LDDM激光干涉儀使用一個(gè)平面鏡作靶標(biāo)，平行于鏡子的移動(dòng)不會(huì)轉(zhuǎn)移激光束，也不會(huì)改變從光源來(lái)的距離。因此，測(cè)量不會(huì)受到影響。

較多可以有四個(gè)工作位置的溫度傳感器連接到自動(dòng)溫度補(bǔ)償單元。自動(dòng)溫度補(bǔ)償也對(duì)諸如環(huán)境因素，如空氣溫度、大氣壓力以及機(jī)床溫度的變化提供補(bǔ)償。

三維空間激光校準(zhǔn)取代了一維激光校準(zhǔn)
美國(guó)光動(dòng)公司總裁 王正平博士 激光干涉儀是以激光波長(zhǎng)為已知長(zhǎng)度、利用邁克耳遜干涉系統(tǒng)測(cè)量位移的通用長(zhǎng)度測(cè)量工具。激光干涉儀有單頻的和雙頻的兩種。單頻的是在20世紀(jì)60年代中期出現(xiàn)的,最初用于檢定基準(zhǔn)線紋尺,后又用于在計(jì)量室中精密測(cè)長(zhǎng)。雙頻激光干涉儀是1970年出現(xiàn)的，它適宜在車間中使用。激光干涉儀在極接近標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（溫度為20℃、大氣壓力為101325帕、相對(duì)濕度59％、C O2 含量0.03％）下的測(cè)量精確度很高，可達(dá)1×10。

單頻激光干涉儀

圖1為單頻激光干涉儀的工作原理。從激光器發(fā)出的光束，經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直后由分光鏡分為兩路，并分別從固定反射鏡和可動(dòng)反射鏡反射回來(lái)會(huì)合在分光鏡上而產(chǎn)生干涉條紋。當(dāng)可動(dòng)反射鏡移動(dòng)時(shí)，干涉條紋的光強(qiáng)變化由接受器中的光電轉(zhuǎn)換元件和電子線路等轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，經(jīng)整形、放大后輸入可逆計(jì)數(shù)器計(jì)算出總脈沖數(shù)，再由電子計(jì)算機(jī)按計(jì)算式[356-11]

式中λ為激光波長(zhǎng)(N 為電脈沖總數(shù))，算出可動(dòng)反射鏡的位移量L。使用單頻激光干涉儀時(shí)，要求周圍大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)，各種空氣湍流都會(huì)引起直流電平變化而影響測(cè)量結(jié)果。

雙頻激光干涉儀

圖2為雙頻激光干涉儀的工作原理。在氦氖激光器上，加上一個(gè)約0.03特斯拉的軸向磁場(chǎng)。由于塞曼分裂效應(yīng)和頻率牽引效應(yīng),激光器產(chǎn)生1和2兩個(gè)不同頻率的左旋和右旋圓偏振光。經(jīng)1/4波片后成為兩個(gè)互相垂直的線偏振光,再經(jīng)分光鏡分為兩路。一路經(jīng)偏振片1后成為含有頻率為f1-f2的參考光束。另一路經(jīng)偏振分光鏡后又分為兩路：一路成為僅含有f1的光束,另一路成為僅含有f2的光束。當(dāng)可動(dòng)反射鏡移動(dòng)時(shí),含有f2的光束經(jīng)可動(dòng)反射鏡反射后成為含有f2 ±Δf的光束，Δf是可動(dòng)反射鏡移動(dòng)時(shí)因多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的附加頻率,正負(fù)號(hào)表示移動(dòng)方向(多普勒效應(yīng)是奧地利人C.J.多普勒提出的，即波的頻率在波源或接受器運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生變化)。這路光束和由固定反射鏡反射回來(lái)僅含有f1的光的光束經(jīng)偏振片2后會(huì)合成為f1-(f2±Δf）的測(cè)量光束。測(cè)量光束和上述參考光束經(jīng)各自的光電轉(zhuǎn)換元件、放大器、整形器后進(jìn)入減法器相減,輸出成為僅含有±Δf的電脈沖信號(hào)。經(jīng)可逆計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)后，由電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行當(dāng)量換算（乘 1/2激光波長(zhǎng)）后即可得出可動(dòng)反射鏡的位移量。雙頻激光干涉儀是應(yīng)用頻率變化來(lái)測(cè)量位移的，這種位移信息載于f1和f2的頻差上，對(duì)由光強(qiáng)變化引起的直流電平變化不敏感，所以抗干擾能力強(qiáng)。它常用于檢定測(cè)長(zhǎng)機(jī)、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、光刻機(jī)和加工中心等的坐標(biāo)精度，也可用作測(cè)長(zhǎng)機(jī)、高精度三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等的測(cè)量系統(tǒng)。利用相應(yīng)附件，還可進(jìn)行高精度直線度測(cè)量、平面度測(cè)量和小角度測(cè)量。

　　【儀器網(wǎng) 維修保養(yǎng)】激光干涉儀是以干涉測(cè)量法為原理，利用激光作為長(zhǎng)度基準(zhǔn)，對(duì)數(shù)控設(shè)備的位置精度、定位精度、重復(fù)定位精度以及幾何精度等進(jìn)行精密測(cè)量的精密測(cè)量?jī)x器。
 

　　主要特點(diǎn)：
 

　　1、同時(shí)測(cè)量線性定位誤差、直線度誤差(雙軸)、偏擺角、俯仰角和滾動(dòng)角。
 

　　2、設(shè)計(jì)用于安裝在機(jī)床主軸上的5D/6D傳感器。
 

　　3、可選的無(wú)線遙控傳感器最長(zhǎng)的控制距離可到25米。
 

　　4、可測(cè)量速度、加速度、振動(dòng)等參數(shù)，并評(píng)估機(jī)床動(dòng)態(tài)特性。
 

　　5、全套系統(tǒng)重量?jī)H15公斤，設(shè)計(jì)緊湊、體積小，測(cè)量機(jī)床時(shí)不需三角架。
 

　　6、集成干涉鏡與激光器于一體，簡(jiǎn)化了調(diào)整步驟，減少了調(diào)整時(shí)間。
 

　　7、激光干涉儀可以同時(shí)測(cè)量線性定位誤差、直線度誤差、偏擺角、俯仰角和滾動(dòng)角等以及測(cè)量速度、加速度、振動(dòng)等參數(shù)，并評(píng)估機(jī)床動(dòng)態(tài)特性等。
 

　　8、激光干涉儀的光源——激光，具有高強(qiáng)度、高度方向性、空間同調(diào)性、窄帶寬和高度單色性等優(yōu)點(diǎn)。
 

　　9、激光干涉儀可配合各種折射鏡、反射鏡等來(lái)使用。
 

　　維修保養(yǎng)：
 

　　1、儀器應(yīng)妥善地放在干燥、清潔的房間內(nèi)，防止振動(dòng)，儀器搬動(dòng)時(shí)應(yīng)托住底座，以防導(dǎo)軌變形。
 

　　2、光學(xué)零件不用時(shí)應(yīng)存放在清潔的干燥盆內(nèi)以防止發(fā)霉。反光鏡、分光鏡一般不允許擦拭，擦拭時(shí)須先用備件毛刷小心撣去灰塵，再用脫脂清潔棉花球滴上酒精和乙mi混合液輕拭。
 

　　3、傳動(dòng)部件應(yīng)有良好的潤(rùn)滑，特別是導(dǎo)軌、絲桿、螺母與軸孔部分，應(yīng)用精密儀表油潤(rùn)滑。
 

　　4、使用時(shí)各調(diào)整部位用力要適當(dāng)，不要強(qiáng)旋、硬扳。
 

　　5、導(dǎo)軌面絲桿應(yīng)防止劃傷、銹蝕，用畢后仍保持不失油狀態(tài)。
 

　　6、經(jīng)過(guò)精密調(diào)整的儀器部件上的螺絲都涂有紅漆，不應(yīng)擅自轉(zhuǎn)動(dòng)。