快速而精確的激光測量技術(shù)
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Automated Precision Inc.（API）出品的5或6維激光系統，顯示出由激光測量系統可以達到的獨特性能的種類(lèi)。由該公司設計的系統，是以一個(gè)精密干涉儀的5或6維傳感器為基礎用來(lái)測量CNC機床和坐標測量機的定位精度。干涉儀發(fā)送的激光光束進(jìn)入傳感器，然后分為三個(gè)分光束。第一個(gè)分光束將返回光源，以進(jìn)行線(xiàn)性位移測量，第二個(gè)分光束進(jìn)入雙向傳感器以測量水平和垂直方向的不直度誤差。第三個(gè)分光束通過(guò)一個(gè)光學(xué)結構，測量偏轉和仰俯。由一個(gè)集成的微分激光系統來(lái)測量轉動(dòng)角偏差。
用戶(hù)可以在機床的一個(gè)坐標軸上（如X軸）安裝6維激光器，可同時(shí)測量所有的六個(gè)坐標軸的誤差。
API的Mike Glossinger說(shuō)，“如果您是在普通機床上測量，則Y軸應該與X軸成90°。將激光器定位好，如定位在X軸上，插入一個(gè)五棱鏡，讓光束折彎至Y軸上，折彎度正好為90度?！奔す馄鞅３朱o止，只有6維傳感器移動(dòng)對Y軸進(jìn)行測量。利用從X和Y軸上取得的不直度數據，測量器上的專(zhuān)利軟件可以確定每個(gè)坐標軸在測試平面中的走向并計算其垂直度。
三軸機床上的每個(gè)軸都有6個(gè)可能的位置誤差：軸移動(dòng)定位誤差；在垂直于移動(dòng)軸的軸方向上的直線(xiàn)度誤差和三個(gè)角度誤差（轉動(dòng)、俯仰、偏轉）。此外，機床三個(gè)相互垂直的平面生成的正方度誤差。
通過(guò)三次安裝和三次測量操作，系統可以確定機床上17個(gè)軸誤差和兩個(gè)正方度誤差。API現有的轉動(dòng)傳感器不能測量垂直軸的轉動(dòng)。在5次安裝和操作中，系統可以確定21個(gè)可能誤差中的20個(gè)。
Glossinger說(shuō)，“我們可以在約4-5小時(shí)內對一臺機床進(jìn)行完整的分析?！彼嘈?，由像API的5或6維系統收集的數據，為機床制造廠(chǎng)提供達到新的精度水準的機會(huì )?！白罱K，機床制造廠(chǎng)在補償方面要做的事情將比只在純直線(xiàn)度方面要做的事情要多。在當今，他們試圖用很好的機械方法制造系統，但是留給他們的恰好是無(wú)法修正的小誤差?，F在，通過(guò)某些補償，我們可以把機床做得更好（更確切地說(shuō)是性能價(jià)格比）?！?
在更一般的場(chǎng)合，由Mitutoyo（MIT）Corp.出品的激光千分尺在連續過(guò)程中證實(shí)了激光的測量方法的速度和精度。這些系統將激光光束對準一個(gè)旋轉的反射鏡。當反射鏡自轉時(shí)，激光束射向一個(gè)光電單元。該單元的輸出量隨達到其上的光束量大小成正比地發(fā)生變化，使系統可以確定位于單元和激光之間的工件的直徑。常用的MTI激光千分尺如Series544，對于直徑為1mm~51mm的工件，其精度約為±0.0030mm，重復精度約為±0.00013mm。
MTI的Dale Schauer說(shuō)，“一些制造廠(chǎng)采用He—Ne管作為激光光源，但我們卻采用二極管，因為其使用壽命更長(cháng)。有些He—Ne管其使用壽命超過(guò)600h，但采用激光二極管，有時(shí)候，其壽命竟超出7000h?！奔す馇Х殖咄鳛檩^大型系統的一個(gè)組成部分加以使用。Schauer觀(guān)察到，“有一半以上激光器是深藏在某些講師儀器的過(guò)程控制部分中?！碑斀竦募す馇Х殖哌€具備增強的功能度?！芭c舊裝置相比，它們具備更多的編程控制能力以及更快的輸出能力?！?
在線(xiàn)測量時(shí)，用戶(hù)仍然要注意零件的清潔度和粗糙度。Schauer警告說(shuō)：“一層油或水基冷卻液的薄膜其厚度可能達十分之幾毫米。此外，您還要受到表面粗糙度的某種影響。這些裝置中某些分辨力只有0.5μm。此外，零件的找正很關(guān)鍵。任何微量?jì)A斜都將引起錯誤的讀數。任何粘在零件上的東西均可能影響測量結果?！?
他不同意激光的測量比機械式或機電式測量要貴的觀(guān)點(diǎn)?！叭绻f(shuō)到用機械系統測量撥絲模之間的絲流，則必須制造某各軋輥系統，而這種系統并不便宜。對于激光系統，如果產(chǎn)品是圓的，您可能采用一個(gè)X—Y調整。每個(gè)送接裝置現價(jià)約為5000美元，而顯示箱的運轉費約為2500美元。對于一個(gè)不需要很多夾緊調整和維護的過(guò)程系統，您將要花12500美元?！彼赋?，當今，工業(yè)應用在獨特的加工中工業(yè)常常采用激光器?？紤]到這些加工所制作的產(chǎn)品具備較高的價(jià)值，那么激光測量系統的成本便顯得微不足道。
據Schauer稱(chēng)，“將來(lái)，特別是在高速加工中，會(huì )提供越來(lái)越多的激光產(chǎn)品。在接下的10-20年中，計量工業(yè)將變得明顯的不同?！?
低成本激光測量對行業(yè)中的每個(gè)人仍然是目標。而Optodyne Inc.相信它的新MCV—500激光校準系統就是向這一方向邁出的一步。其價(jià)格低于10000美元。它可以對CNC機床、坐標測量機、滾珠絲杠和DRO進(jìn)行內部線(xiàn)性校正。系統包括兩個(gè)可對準的元件，即激光頭部件和一個(gè)12.7mm的反光鏡。以多普勒技術(shù)為基礎，MCV—500帶有一個(gè)用于發(fā)射和接收的單孔的激光頭。激光頭和反光鏡均安裝在機床上，無(wú)須在地面安裝三腳架。
提供收集4m/s的運行速度，系統使用支持Windows軟件來(lái)進(jìn)行數據采集和分析。尺寸為51mm×51mm×216mm的激光頭，特點(diǎn)是優(yōu)于0.1ppm的穩定性檢查，精度為1.0ppm（百萬(wàn)分之一），分辨力為0.03μm。
在一次安裝中，Optodyne公司出品的激光球桿技術(shù)，允許用戶(hù)完成一系列功能：校驗直線(xiàn)位置精度；測量伺服失配；測量切線(xiàn)速度；測量反向誤差；生成用于補償文件的數據；測量切線(xiàn)速度；產(chǎn)生伺服控制器調諧用數據允許從2.54mm至76mm連續變化半徑。該系統的分辨力為0.0000254mm，可以以4m/s的速度進(jìn)行測量。利用該激光桿，該主軸運動(dòng)的X軸坐標甚至可測量與其一般大的Y向運動(dòng)，結合X和Y軸坐標數據，可以生成主軸的被測量的圓軌跡曲線(xiàn)圖。
除了這些設備外，Optodyne將提供測量三軸機床上所有21個(gè)可能位置誤差的系統。Optodyne公司的總裁Charles Wang說(shuō)，“我們稱(chēng)這種技術(shù)為Vector Measue-ment（矢量測量）。通過(guò)四次安裝，可在2h-4h的時(shí)間內測出所有21個(gè)誤差?！彼嘈?，這種新系統綜合了好幾種儀器的功能。
在測量機床誤差時(shí)。Wang說(shuō)，“常規方法是采用激光干涉儀射擊機床，并獲得位置精度。然后用一個(gè)球桿來(lái)檢查動(dòng)態(tài)性。我們現在擁有的是一臺可以檢查所有尺寸的激光器。我們可以測量所有21項幾何誤差。在此之后，可以用同一個(gè)激光器進(jìn)行球桿測量。一臺儀器就可以完成靜態(tài)和動(dòng)態(tài)精度測量?！?
由Optical Dimensions Inc.出品的激光表面測量系統為特殊的檢測問(wèn)題提供了高技術(shù)、高速度解決方法。這種系統名為L(cháng)asercheck系統，以10Hz工作的激光在加工過(guò)程中進(jìn)行自動(dòng)表面粗糙度測量。它完整地說(shuō)明了光亮表面的范圍為Ra0.0025μm~0.0013μm，精度達±0.1%。自動(dòng)地節約了直接輸入到SPC的ASCII格式數據，并在制造和QC中使用電子數據表軟件。
Optical Dimensions Inc.公司的總裁兼總經(jīng)理J.Glenn Valliant稱(chēng)，該測量?jì)x器設備可測量一個(gè)表面的鏡面反射和漫反射?！爱敱砻娲植诙雀淖儠r(shí)，來(lái)自表面的分布變化完全可以確定?？梢愿鶕R面反射和漫反射的分布來(lái)計算表面粗糙度?！碑斍蔼毩⒌腖asercheck系統的安裝價(jià)格約25000美元，包括一個(gè)激光器（調整關(guān)鍵的照明角度）和將近40個(gè)檢測來(lái)自表面的鏡面反射和漫反射光的傳感器。
Valliant說(shuō)：“激光接通時(shí)間大約為30ms，在這段時(shí)間內，儀器記錄來(lái)自劣于它的表面的各種反射?！比缓髮?zhuān)用算法利用為計算表面粗糙度采集到的數據。他解釋道：“一般地，筆式表面粗糙度儀掃描長(cháng)度可達4mm-5mm，掃描寬度由測筆尖的寬度確定。我們的光束軌跡長(cháng)約5mm-6mm，寬約1mm?！?
Lasercheck測量的表面可以是靜止的或運動(dòng)的。他說(shuō)：“我們獲得了接近607m/min的過(guò)程，而這種設備不需照管?！庇扇齻€(gè)主要的軟件設置模式來(lái)操縱測量?jì)x器。零件檢測方式表示系統測量由上料系統依次提供的離散的零件。滾子或輸送帶檢測表示一個(gè)大型連續的表面測量操作。實(shí)驗室檢測用于由操作員手動(dòng)上料的零件。用戶(hù)選擇相應的軟件模式和測量?jì)x器的本身調整。
用Lasercheck測量表面，則表面必須干凈。Optical Dimensins開(kāi)發(fā)了清潔方法設備來(lái)配合測量?jì)x器的應用。Valliant說(shuō)：“我們在零件上有很多的工藝時(shí)間就像在核心技術(shù)上所做的。一般我們用壓縮空氣和定制的吹除器并固定。我們提供為我們的測量適當地清潔表面所必需的設備和附件?！?
Lasercheck測量?jì)x所產(chǎn)生的數據可以表明如像磨削工序中所出現的變化。此數據反映砂輪加載時(shí)砂輪中的變化，并反映磨削過(guò)程中砂輪修整的影響?？沙瑫r(shí)監控和記錄過(guò)程中的趨勢。
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