同步測量節省了機床校準時(shí)間
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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(dòng)態(tài)定位誤差則是由伺服參數、諧振頻率以及加速度或減速度引起的。換句話(huà)說(shuō)，因為機床在采集數據前停下來(lái)了，這就遺漏了伺服或動(dòng)態(tài)誤差。理論上軌跡精度應該可以用動(dòng)態(tài)位移誤差表來(lái)改進(jìn)，而不是靜態(tài)位移誤差表。對于模具制造商來(lái)說(shuō)，這一點(diǎn)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完全一致。
位移測量手段
1881年Michelson 發(fā)明了干涉儀。他后來(lái)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(dòng)的反射鏡。Michelson 干涉儀通過(guò)計算干涉條紋一直被用來(lái)測量距離或比較距離。隨著(zhù)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(gè)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(guò)一可移動(dòng)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(lái)時(shí)在分束器相遇。將所有光路精密地調準后，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條紋。每一周期的強度變化表示可移動(dòng)角錐棱鏡行程的半波長(cháng)。假如已知激光的波長(cháng)，那么可移動(dòng)角錐棱鏡行程也可精確地得到。單頻干涉儀的問(wèn)題是對于噪聲太敏感。因此，從移動(dòng)中無(wú)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(gè)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(wèn)題是需要笨重的永磁鐵以及精密的光學(xué)元件以穩定激光頻率，保持偏振，并使回到激光諧振腔的散射光減到最小。由于該系統體積笨重，并有大量的光學(xué)元件，因此測量時(shí)大部分機床需要打開(kāi)機床罩。
激光多普勒校準系統
激光多普勒校準系統使用一激光多普勒位移測量?jì)x（LDDM），該系統結合了微波雷達技術(shù)、多普勒效應以及光學(xué)外差技術(shù)。LDDM采用了電光、光學(xué)外差工藝及相位解調器來(lái)得到移動(dòng)角錐的位置信息。
LDDM是用一氦氖激光束照射一反射鏡來(lái)測量位移的。當反射鏡移動(dòng)時(shí)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(lái)說(shuō)，偏振及彌散光不是一個(gè)問(wèn)題，也不需要精密的光學(xué)系統。鏡子可以隨意插入光路，簡(jiǎn)單的反射鏡就可以用來(lái)反射激光束到任意的角度。
如何使用激光多普勒校準系統
要校準普通或者滾珠絲桿，在軸上放一刀片，馬達驅動(dòng)絲桿觸發(fā)了位置傳感器。例如可以用四個(gè)位置傳感器來(lái)采集四套每轉的數據。位置傳感器送出一TTL脈沖到PCMCIA卡以觸發(fā)數據采集。不間斷地采集數據的關(guān)鍵是外部觸發(fā)器和數據采集與TTL觸發(fā)脈沖同步，也即同時(shí)采集數據。用四個(gè)位置傳感器測得的典型的滾珠絲桿的螺距誤差是每轉0.2英寸。因此在超過(guò)20英寸的絲桿上每英寸可以測20個(gè)數據。在這個(gè)例子中，熱膨脹誤差比螺距誤差小得多。
要校準數控機床的一個(gè)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。將激光束與常規靜態(tài)的激光校準一樣調整到平行與主軸。但是與通常每走一步要停5秒鐘一直走到終點(diǎn)不同，現在將主軸調整到可以從開(kāi)始一直連續移動(dòng)到終點(diǎn)而不需要任何停止。
位置傳感器可放置在滾珠絲桿上或者滾珠絲桿的轉輪上。非接觸的觸發(fā)器固定在磁座上。觸發(fā)器的刀片放置在絲桿的轉輪上。轉輪每轉動(dòng)一次，觸發(fā)信號被送到PCMCIA卡以采集數據。有一些機床觸發(fā)信號是來(lái)自機床的控制器或者編碼器的輸出。
每轉4個(gè)觸發(fā)脈沖校準滾珠絲桿的示意圖
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