李金川

（襄陽(yáng)市航宇救生裝備有限公司，湖北 襄陽(yáng) 441000）

眾所周知，任何高精度的加工設(shè)備，當(dāng)使用期限達(dá)到一定程度之后，加工設(shè)備的加工精度會(huì)受到大范圍的影響。而造成這些影響的主要來(lái)源，既有機(jī)器老化自身因素，也有人為因素。隨著我國(guó)現(xiàn)代化制造業(yè)越發(fā)快速的發(fā)展，加工的訂單也在不斷地增多，為了適應(yīng)當(dāng)前發(fā)展，就會(huì)對(duì)所使用的加工設(shè)備在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)候的整體需求提出嚴(yán)格要求，并且由于之前的檢測(cè)手段老舊，已經(jīng)無(wú)法對(duì)現(xiàn)代化工業(yè)的檢測(cè)需求給予滿(mǎn)足。當(dāng)前，笛卡爾三坐標(biāo)測(cè)量記錄和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量夾具，它們都是用來(lái)對(duì)機(jī)床當(dāng)中的幾何精確程度進(jìn)行測(cè)量的。但，因?yàn)榈芽柸鴺?biāo)地方測(cè)量機(jī)三根導(dǎo)軌在安裝的時(shí)候，對(duì)地域的環(huán)境要求極高，所以就對(duì)其量產(chǎn)造成了很大影響，并且最終得出的測(cè)量效率，整體來(lái)說(shuō)也不是很精準(zhǔn)，不能進(jìn)行大規(guī)模測(cè)試，對(duì)于一些高頻次故障的發(fā)生會(huì)顯得束手無(wú)策。尤其要注意的是，它并不能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘測(cè)。所以，要怎么樣才能夠更有效、精確化的將這一存在的問(wèn)題用適當(dāng)?shù)姆绞浇鉀Q，這正是現(xiàn)階段需要研討。激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)作為一種全新的三維測(cè)量系統(tǒng)，當(dāng)前已經(jīng)在現(xiàn)代工業(yè)當(dāng)中被廣泛運(yùn)用，發(fā)揮著作用。

1 激光跟蹤儀校準(zhǔn)技術(shù)

1.1 激光跟蹤儀針對(duì)誤差的分析

所謂的測(cè)量列，指的就是在同一時(shí)間對(duì)同種量值進(jìn)行多次推敲測(cè)量的情況下，就會(huì)得到一個(gè)系統(tǒng)且有規(guī)律性的不同測(cè)量值。任何一個(gè)測(cè)量值當(dāng)中，誤差不可能被盡數(shù)消除，都會(huì)或多或少存在一些。這些誤差的出現(xiàn)伴隨著極大的隨意性，也就是說(shuō)，前一個(gè)誤差的出現(xiàn)之后，根本就無(wú)法對(duì)下一個(gè)誤差出現(xiàn)的時(shí)間進(jìn)行有效預(yù)測(cè)。隨機(jī)性誤差也是由于眾多現(xiàn)階段并沒(méi)有完全掌握的微小因素所造成的。

激光跟蹤儀測(cè)量裝置方面的因素多種多樣，具體包括，零部件在進(jìn)行配合之間的松動(dòng)不穩(wěn)定性，零部件長(zhǎng)時(shí)間的磨損程度等等。至于環(huán)境方面的因素，主要指的是環(huán)境溫度、氣壓的變化、地基的不穩(wěn)定性等等。人員方面所指的就是測(cè)量人員在進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，讀數(shù)的不精確等。

系統(tǒng)所產(chǎn)生的誤差是一些按確定規(guī)律變化，以及固定不變的因素所引起的，雖然產(chǎn)生了這些誤差，但是依舊可以被人為地掌控處理。這些誤差具體包括，針對(duì)激光跟蹤儀零部件的安裝使用方式的不正確，垂直軸和水平軸沒(méi)有按照預(yù)期進(jìn)行正交。跟蹤鏡沒(méi)有通過(guò)水平和垂直軸的交點(diǎn)，當(dāng)激光和垂直軸進(jìn)行正交的時(shí)候，垂直度盤(pán)的指示光柵以及垂直軸的不平行，這些都是激光跟蹤儀在設(shè)計(jì)上所存在的弊端。測(cè)量階段的實(shí)際溫度對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溫度的偏差，以及測(cè)量過(guò)程當(dāng)中的溫度、濕度等都按照對(duì)應(yīng)規(guī)律變化的誤差，所采取的也是近似的測(cè)量方式以及計(jì)算公式所引發(fā)的誤差。

1.2 激光跟蹤儀的校準(zhǔn)

激光跟蹤儀的校準(zhǔn)本身就具備兩點(diǎn)校準(zhǔn)法，雙面測(cè)量法?？梢愿鶕?jù)現(xiàn)階段所能夠創(chuàng)造的條件，采用和高精度型的（2.7μm）三坐標(biāo)測(cè)量記錄（CMM）來(lái)逐漸進(jìn)行對(duì)比，完成最終的校準(zhǔn)工作。而具體的方式則是將CMM分別作出X/Y/Z的軸向運(yùn)動(dòng)。反射鏡則將其放置在測(cè)頭上并固定好，但是對(duì)激光跟蹤儀進(jìn)行安裝的時(shí)候，要將其安裝在距離CMM的工作臺(tái)上，其間要保持至少5米的距離。CMM可以提供標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，而激光跟蹤儀的具體職責(zé)就是要將實(shí)際測(cè)量所得出的數(shù)值呈現(xiàn)出來(lái)，在經(jīng)過(guò)對(duì)比進(jìn)行精確計(jì)算之后，自然就能找到不同位置之間的距離誤差。

為了對(duì)LTS的激光干涉儀所得到的具體的測(cè)量長(zhǎng)度進(jìn)行有效檢驗(yàn)，在進(jìn)行檢測(cè)期間，必須要把LTS放置在CMM的X軸的延長(zhǎng)線(xiàn)上面至于CMM，要沿著X軸進(jìn)行100mm的軸向運(yùn)作，步數(shù)間距為100nn，跟蹤頭要沿著光軸向跟蹤SMP，對(duì)各項(xiàng)坐標(biāo)進(jìn)行采集，經(jīng)過(guò)最終計(jì)算得出正確的長(zhǎng)度誤差。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以證明，由誤差所產(chǎn)生的最大長(zhǎng)度具體是14.9μm，比起儀器自帶的出場(chǎng)精度僅僅高出了一點(diǎn)。為了對(duì)LTS的方位角度進(jìn)行有效檢測(cè)，令CMM可以沿著X軸向運(yùn)動(dòng)1000mm，且能夠?qū)⒉骄嗤瑯泳S持在100mm。

2 機(jī)床檢測(cè)

針對(duì)某些大型機(jī)床，當(dāng)需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)候，可以利用激光跟蹤儀。而檢測(cè)機(jī)床誤差的主要方式又分為單項(xiàng)誤差測(cè)量和綜合性誤差測(cè)量。所謂單項(xiàng)誤差測(cè)量，指的是對(duì)各項(xiàng)誤差分量的具體檢測(cè)。至于綜合性誤差，指的就是對(duì)機(jī)床作圓插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)時(shí)候的輪廓精確度的有效檢測(cè)。通常情況下，單項(xiàng)誤差比起綜合來(lái)說(shuō)更具優(yōu)勢(shì)，其優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)主要表現(xiàn)在測(cè)量的精確把握度上。

在對(duì)該臥式車(chē)床進(jìn)行測(cè)量之前，先要將激光追蹤儀根據(jù)實(shí)際場(chǎng)地的需要，安裝到指定位置。具體要求是，盡可能將裝置安裝在四周通風(fēng)，環(huán)境較好、沒(méi)有干擾的位置上。通過(guò)對(duì)內(nèi)部設(shè)置的電子水平儀，能將激光跟蹤儀調(diào)整到適合的位置。之后，要想最大化地將激光跟蹤儀的系統(tǒng)隨機(jī)誤差減小，就必須要對(duì)激光跟蹤儀的定點(diǎn)誤差給予一定補(bǔ)償，從而最大化的提升機(jī)床的測(cè)量精確程度。本次對(duì)機(jī)床的檢測(cè)，激光跟蹤儀的擺放位置要始終與車(chē)床保持3m，并且要儀器上的各種連接線(xiàn)路進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)。為了就是要保證打開(kāi)儀器后能夠直接進(jìn)行定點(diǎn)補(bǔ)償，在補(bǔ)償完成之后，不要忘了設(shè)置測(cè)量模式。

讓機(jī)床溜板箱工作臺(tái)按照事先預(yù)定好的，以此沿著X軸不斷加以運(yùn)動(dòng)，也要沿著Y軸運(yùn)動(dòng)。要在車(chē)床溜板箱工作平臺(tái)上將靶鏡固定到位，并且對(duì)車(chē)床提供通過(guò)測(cè)試所得出的具體長(zhǎng)度。利用激光跟蹤儀將各點(diǎn)的空間位置逐一測(cè)出，并將其整理擬合成直線(xiàn)。用CAM2rneasure軟件功能得出隔斷直線(xiàn)的水平面直線(xiàn)度。車(chē)床溜板工作臺(tái)要沿著X軸不斷向進(jìn)給距離600mm，步距要保持在6mm，激光跟蹤儀在IFM的測(cè)量模式下對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，再將所采集到的數(shù)據(jù)擬合成直線(xiàn)，利用軟件將方向上的水平面直線(xiàn)度測(cè)量出來(lái)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終得出的便是不同距離下的直線(xiàn)度誤差曲線(xiàn)。

通過(guò)計(jì)算能得出，在IFM測(cè)量模式下，工作臺(tái)最大行程水平面直線(xiàn)的具體長(zhǎng)度是0.0714mm。而在600mm行程當(dāng)中，最大的水平直線(xiàn)度應(yīng)該是0.0654mm?？蓪⑵渑c車(chē)床設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)上的誤差進(jìn)行進(jìn)一步對(duì)比分析，機(jī)床工作臺(tái)在X軸方向上的時(shí)候，直線(xiàn)度不能對(duì)所使用的加工精確要求進(jìn)行充分滿(mǎn)足。由此得到，針對(duì)Y軸，當(dāng)對(duì)其檢測(cè)的時(shí)候，其結(jié)果的精度必須要滿(mǎn)足相關(guān)使用要求。

總之，通過(guò)利用激光跟蹤儀能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)大型機(jī)床設(shè)備加以檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)的結(jié)果可得知，當(dāng)車(chē)床刀具工作臺(tái)在X軸進(jìn)給方向直線(xiàn)并不能對(duì)其要求進(jìn)行滿(mǎn)足的情況下，就需要根據(jù)需要再次做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。在Y軸也就是所謂的床身導(dǎo)軌上，當(dāng)直線(xiàn)度能夠?qū)κ褂靡筮M(jìn)行滿(mǎn)足的情況下，這個(gè)時(shí)候也就沒(méi)有再調(diào)整的必要了。激光跟蹤儀不但能夠滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)機(jī)床在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行精確的快速檢測(cè)，并且也可以對(duì)一些大型不方便移動(dòng)的夾具以及生產(chǎn)線(xiàn)做進(jìn)一步的測(cè)量。