球王会官方激光干与仪丈量原理

　　激光干与仪原理介绍 ——线性丈量与回转轴校准 现代集成制作与数控配备研究所 CIMS 机械与轿车工程学院 一、基本概念 什么是激光干与仪？ ? 激光干与仪是运用激光作为长度基准，对数控设备(加 工中心、三座标丈量机等）的方位精度（定位精度、重 复定位精度等）、几许精度（俯仰扭摆视点、直线度、 笔直度等）进行精细丈量的精细丈量仪器。 现代集成制作与数控配备研究所 CIMS 机械与轿车工程学院 机床精度的21项差错 For Linear measurement (3): xdx ydy zdz For Angular measurement (9): Ax Bx Cx Ay By Cy Az Bz Cz For Straightness measurement (6): xdy xdz ydx ydz zdx zdy For Squareness measurement (3) XZ, XY, YZ 现代集成制作与数控配备研究所 CIMS 机械与轿车工程学院 激光的发生 LASER是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 的缩写，意为经过受激发射线的放射抵达光的扩大，即激光。 大多数现代位移干与仪都运用氦氖 (He-Ne) 激光管，这些激光管具 有633纳米 (nm) 的波长输出 氦氖激光管的构成如下所示： 现代集成制作与数控配备研究所 CIMS 机械与轿车工程学院 激光及其特色 ? 激光输出可视为一束正弦波。 波长 ?激光具有三个重要特性： ?激光波长十分安稳，能够精细丈量丈量的要求。 ?激光波长十分短，能够用于高精度丈量。 ?激光具有干与特性。 现代集成制作与数控配备研究所 CIMS 机械与轿车工程学院 光的干与 ? 光具有波粒二象性。 ? 两列或几列光波在空间相遇时彼此迭加，在某些区域一直 加强，在另一些区域则一直削弱，构成安稳的强弱散布的 现象。 ? 发生安稳干与的条件 ：只要两列光波的频率相同，位相 差安稳，振荡方向共同的相干光源，才干发生光的安稳干 涉。由两个一般独立光源宣布的光，不或许具有相同的频 率，更不或许存在固定的相差，因此，不能发生安稳干与 现象。 现代集成制作与数控配备研究所 CIMS 机械与轿车工程学院 二、激光干与丈量原理 + + = + = 两列振幅为A1、 A2，频率为f，初始相位分别为?1 和 ?2 的光在空间叠加时的光 强为： E ? A1 cos(2? ft ? ?1 ) ? A2 cos(2? ft ? ?2 ) 若光的振幅持平： ?相位角相一起，复合光强为原先的2倍，发生明条纹。 ?当相位角相差180°（半个波长）时，复合光强为0，发生暗条纹。 现代集成制作与数控配备研究所 CIMS 机械与轿车工程学院 二、激光干与丈量原理 ? XL-80激光丈量回路如下 ?假如丈量光路长度改动（角 锥反射镜C移动），干与光束 的相对相位将改动，由此产 生的相长干与和相消干与的 循环将导致叠加光束强度的 明暗周期改变。 ? 角锥反射镜每移动316 nm， 就会呈现一个光强改变循环 （明－暗－明）经过核算这 些循环来丈量移动。 ? 经过在这些循环之间进行相 位细分，完成更高分辨率 (1 nm) 的丈量。 ①输入光束 ②参阅光束 ③丈量光束 ④叠加光束 现代集成制作与数控配备研究所 CIMS 机械与轿车工程学院 二、激光干与丈量原理 为什么要用双频激光干与仪？ ? 单频激光干与仪是一种直流丈量体系，存在较大的零漂；一起由 于空气湍流，机床油雾，切削屑等会使光束发生偏移或波面歪曲， 导致激光束强度发生改变，就有或许使光电信号低于计数器的触 发电平而使计数器中止计数。 ? 双频激光干与仪的信号时沟通信号，因此关于双频激光干与仪来 说，可用扩大倍数较大的沟通扩大器对干与信号进行扩大，这样， 即便光强衰减90%，仍然能够得到适宜的电信号。 ? 双频激光干与仪能够在恒温，恒湿，防震的计量室内检定量块， 量杆，刻尺和坐标丈量机等，也能够在一般车间内为大型机床的 刻度进行标定。 现代集成制作与数控配备研究所 CIMS 机械与轿车工程学院 三、Renishaw XL-80激光干与仪丈量体系简介 Renishaw公司是世界领先的计量解决方案供货商，成 立于1973年，供给坐标丈量机、数控机床体系的解决方案。 产品包含各种测头、校准、光栅、编码器、数字化扫描及 光谱体系。 ? 1987年初次推出ML10校准激光干与仪 ? 2001年推出ML10 Gold Standard激光干与仪， 它是当今世界领先的校准体系。 ? 2007年推出XL-80校准激光干与仪，功能更强 大。 现代集成制作与数控配备研究所 CIMS 机械与轿车工程学院 三、Renishaw XL-80激光干与仪丈量体系简介 XL-80基本线补偿器 ?三角架和云台 ?线性丈量镜组 ?核算机和软件 现代集成制作与数控配备研究所 CIMS 机械与轿车工程学院 线性丈量回路 B (固定反射镜) C (移动反射镜) 输出光 反射光 A (分光镜) 丈量光 集合光 现代集成制作与数控配备研究所 CIMS 机械与轿车工程学院 线性丈量设备方法 ?固定锥角反射镜与 分光镜经过设备组 件固定在主轴上 ?移动锥角反射镜通 过设备组件固定在 移动的作业台上 ?调整激光头、分光 镜、反射镜在一条 直线上 现代集成制作与数控配备研究所 CIMS 机械与轿车工程学院 为什麼需求补偿？ 激光波长是高丈量精度的根底，可是激光的波长会遭到空气折射率 的影响 。 c n? ?f 其间n为空气折射率，c为激光在真空中的光速，λ为波长，f为频率 空气折射率又遭到大气压、温度和湿度的影响。 现代集成制作与数控配备研究所 CIMS 机械与轿车工程学院 环境补偿单元 空气压力 Accuracy: ± 1.0 mbar 湿度 Accuracy: ± 6% ? Renishaw XC80环境补 偿单元的高功能能够保 证在0-40度环境温度范 围内，和650-1150 mbar的环境大气压范 围内得到最高的丈量精 度。 空气温度 Accuracy: ± 0.2 ° C 资料温度 Accuracy: ± 0.1 ° C 现代集成制作与数控配备研究所 CIMS 机械与轿车工程学院 XC-80的放置 ?XC-80环境补偿单元供给的空气温度传感器安 装在一个带强磁力的圆柱底座上，应尽量接近 激光光束的丈量途径并应大致处于运动轴的中 间方位。防止把传感器设备在部分热源例如电 机或冷气流邻近。 ?压力传感器和湿度传感器固定在XC-80环境补 偿单元内。一般情况下，无需丈量光路紧邻区 域的气压或相对湿度。可是，相对湿度传感器 应当远离热源或气流。 现代集成制作与数控配备研究所 CIMS 机械与轿车工程学院 XL-80回转轴校准配备 ?XL-80激光头 ?三角架和云台 ?视点丈量镜组 ?XR20回转轴校准组件 ?核算机和软件 现代集成制作与数控配备研究所 CIMS 机械与轿车工程学院 回转轴校准光学回路 当回转轴滚动必定视点，参阅光束和丈量光束之间的光程差发生明 暗条纹。 现代集成制作与数控配备研究所 CIMS 机械与轿车工程学院 回转轴校准丈量过程 典型测验（步距为5°）的过程如下： 1. 将XR20-W定位在被测轴上并调整激光系 统的准直（如右图所示）。 2. 在轴的开端方位将激光设备置零，在核算 机上开端收集数据并运转数控程序。 3. 轴抵达开端方针方位，记载激光读数。 4. 被测轴以5°步距移至第二个方针，XR20-W 内置的反射镜反向旋转5°。 5. 体系结合XL-80与XR20-W的读数，记载被 测轴在5°的方位差错。 6. 经过使回转轴顺次抵达一系列丈量点， 可丈量并绘出轴的整体精度图。 现代集成制作与数控配备研究所 CIMS 机械与轿车工程学院 回转轴校准设备方法 ? XR20设备在回转轴上 ? 视点分光镜固定在激 光头与XR20之间 ? 调整激光头、分光镜、 XR20在一条直线上 现代集成制作与数控配备研究所 CIMS 机械与轿车工程学院 现代集成制作与数控配备研究所 CIMS 机械与轿车工程学院