CN105865343A - 用激光干涉仪检测分体式激光对刀仪重复精度的装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用激光干涉仪检测分体式激光对刀仪重复精度的装置及检测方法，包括：设置于水平工作面上的载物台、能够往复运动的自动滑台、用于分别测量自动滑台运动位置的分体式激光对刀仪和激光干涉仪线性测量组件；所述的分体式激光对刀仪和激光干涉仪线性测量组件用于分别将测得的位置值记录，并传输给处理单元，计算得出分体式激光对刀仪的重复精度。本发明所述的用激光干涉仪检测分体式激光对刀仪重复精度的装置及检测方法，有效的避免了在机测量中预行程误差及测量余弦误差，以便对分体式激光对刀仪精度的分析和误差补偿。

Description

用激光干涉仪检测分体式激光对刀仪重复精度的装置及检测方法

技术领域

本发明涉及高精度触发式测头重复精度领域，具体涉及一种用激光干涉仪检测分体式激光对刀仪重复精度的装置及检测方法。

背景技术

目前，随着制造技术与工业自动控制技术的发展，对制造业的自动化程度和智能化水平提出了更高的要求。因此，激光自动检测技术就成为切削加工行业和刀具生产行业对刀具参数进行检测的优选技术，从而大大提高了切削加工和刀具生产的自动化、智能化进程，有效解决了产品质量的监控问题。

激光技术在切削加工行业的应用研究主要是注重于刀具状态的监测，比如：刀具的异常缺失、磨损、破损、折断、崩刃、选刀错误，尤其是随着我国的航空、汽车以及医疗器械制造业的发展，对相关零部件的加工精度越来越高，加工零部件过程中的刀具状态检测显得尤为重要，刀具状态检测是切削加工行业的一个重要环节。

激光干涉仪是以光波为载体，以光波波长为单位的一种计量测量方法，具有测量精度高、测量速度快、测量范围大等优点。通过与不同光学组件结合，能够实现对直线度、垂直度、角度、平面度、平行度等几何精度的测量。其工作原理是由激光器发射单一频率光束射入线性干涉镜，然后分成两道光束，一道光束作为参考光束射向连接分光镜的反射镜，，而第二道透射光束为测量光束则通过分光镜射入第二个反射镜，这两道光束再反射回到分光镜，重新汇聚之后返回激光器，其中会有一个探测器检测两道光束之间的干涉。若光程差没有变化时，探测器会在相长性和相消性干涉的两极之间找到稳定的信号。若光程差有变化时，探测器会在每一次光程变化时，在相长性和相消性干涉的两极之间找到变化信号，这些变化会被计算并用来测量两个光程之间的差异变化，以此实现对相关几何精度的测量。

分体式激光对刀仪系统采用穿过机床加工区域的激光束来对刀具进行调整。系统激光发射器和接收器安装在机床床身上或者床身的两侧，这样激光束穿过机床加工区域，照射到接收器上。当刀具穿过激光束时，照射到接收器上的光束亮度将发生变化，从而产生一个触发信号通过这个触发信号锁存机床当时的位置，由此获得刀具的几何尺寸。这个系统还能够用来检测刀具的破损情况。将刀具快速移动到一个应该能截断激光束的位置，如果这时接收器还能接收到激光束，则说明刀具的刀尖已损坏。

非接触式激光刀具检测系统具有以下优点：

1、缩短刀具调整时间——能够以很高的速度将刀具移动到激光束中，而不会有被损坏的危险。

2、能够在正常的主轴转速下对刀具进行测量，获得刀具的跳动和振摆圆锥参数。

3、能够测量非常小的、精巧的刀具，而不会磨损或损坏刀具。

4、能够以极高的速度检测刀具的破损情况，检测循环时间短，自动加工可靠性高。

5、能够检测多齿刀具的每个刀齿的损坏情况。

6、在线刀具调整功能能够自动更新刀具偏移误差，消除操作者操作误差，同时还能够监视机床主轴的热变形并对其进行补偿。

分体式激光对刀仪有诸多迷人的优点，但以下因素会对其精度造成影响。

1、光学系统——光学器件和光圈形状以及激光束的焦距，对系统沿激光束方向上不同点位置的测量性能产生影响。

2、加工过程中的环境保护——机床工作的环境比较差，而激光系统的光学器件必须保持清洁，光路不能受到阻碍，才能保证其性能。

3、测量过程中的环境保护——由于测量过程中还有冷却液和颗粒弥漫在空气中，所以必须采取保护措施，防止精度降低。

分体式激光对刀仪的测量不确定度主要由三部分误差组成，即光学系统对测量精度的影响，加工过程中的环境保护对测量精度的影响和测量过程中的环境保护对测量精度的影响，对分体式激光对刀仪产品精度检测往往是很难的，目前国内的检测基本为在机测量，考虑到在机检测所处环境的复杂性，对分体式激光对刀仪精度的分析和误差补偿技术的研究有待进一步地深入。

在机检测分体式激光对刀仪系统的误差来源也是多方面的，比如测量预行程误差、测量余弦误差等，只能通过大量的实验来测定各种测量参数对在机检测测头精度的影响，因此急需一种测量分体式激光对刀仪重复精度的装置及检测方法。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种用激光干涉仪检测分体式激光对刀仪重复精度的装置及检测方法，用于解决现有的分体式激光对刀仪，在机测量中存在所处环境的复杂性，比如测量预行程误差、测量余弦误差等缺点。本发明采用的技术手段如下：

一种用激光干涉仪检测分体式激光对刀仪重复精度的装置，包括：设置于水平工作面上的载物台、能够往复运动的自动滑台、用于分别测量自动滑台运动位置的分体式激光对刀仪和激光干涉仪线性测量组件；所述的分体式激光对刀仪和激光干涉仪线性测量组件用于分别将测得的位置值记录，并传输给处理单元，计算得出分体式激光对刀仪的重复精度。

作为优选所述的自动滑台设置于载物台上，所述分体式激光对刀仪的激光发射端和激光接受端分别固定在载物台两侧的架体上。

作为优选所述的激光干涉仪线性测量组件包括线性测量组件和移动测量镜组，所述的激光干涉仪线性测量组件的线性测量组件设置于载物台上，移动测量镜组设置于自动滑台上。

作为优选所述的处理单元为英特尔X64或X86系列中央处理器。

一种检测方法，包括以下步骤：

—自动滑台在载物台上往复运动。

—分体式激光对刀仪测量自动滑台的位置信息，并记录。

—激光干涉仪线性测量组件测量自动滑台的位置信息，并记录。

—分体式激光对刀仪和激光干涉仪线性测量组件不断将测得的运动位置信息传输给处理单元，计算得出分体式激光对刀仪的重复精度。

作为优选当自动滑台往复运动，分体式激光对刀仪激光发射端发射的激光线被遮挡，分体式激光对刀仪信号触发，并记录位置信号。

作为优选所述重复精度的计算公式为：

${\mathrm{\σ}}^2=\Σ{(X_i-X_{bar})}^2/n---\left(1\right)$

其中，i＝1,2,3……n，X_bar为平均值；单位为μm；Min为样本中最小值；Max为样本中最大值；2*σ为样本的2倍标准差；σ为标准偏差；2σ使用正态分布95％置信水平估计。

与现有技术相比较，本发明所述的用激光干涉仪检测分体式激光对刀仪重复精度的装置及检测方法，具有用于分别测量自动滑台运动位置的分体式激光对刀仪和激光干涉仪线性测量组件；所述的分体式激光对刀仪和激光干涉仪线性测量组件用于分别将测得的位置值记录，并传输给处理单元，计算得出分体式激光对刀仪的重复精度，有效的避免了在机测量中预行程误差及测量余弦误差，以便对分体式激光对刀仪精度的分析和误差补偿。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是国外产品的测得数据图。

图3是国内产品的测得数据图。

其中：1、自动滑台，2、载物台，3、分体式激光对刀仪，4、激光干涉仪线性测量组件。

具体实施方式

如图1所示，一种用激光干涉仪检测分体式激光对刀仪重复精度的装置，包括：设置于水平工作面上的载物台2、能够往复运动的自动滑台1、用于分别测量自动滑台1运动位置的分体式激光对刀仪3和激光干涉仪线性测量组件4；所述的分体式激光对刀仪3和激光干涉仪线性测量组件4用于分别将测得的位置值记录，并传输给处理单元，计算得出分体式激光对刀仪的重复精度。

所述的自动滑台1设置于载物台2上，所述分体式激光对刀仪3的激光发射端和激光接受端分别固定在载物台2两侧的架体上。

所述的激光干涉仪线性测量组件4包括线性测量组件和移动测量镜组，所述的激光干涉仪线性测量组件4的线性测量组件设置于载物台2上，移动测量镜组设置于自动滑台1上，即移动端的自动滑台1上固定反射镜，固定端的载物台2上固定分光镜。

所述的处理单元为英特尔X64或X86系列中央处理器，将信号传输到计算机，计算机上有一个数据采集及处理软件的“上位机软件”进行处理。

本发明所述的装置不仅能够有效地避免预行程误差及测量余弦误差，而且避免了在机测量错处复杂环境对精度的影响。

本发明装置特点还在于整体结构设计简单，能有效的降低成本，减少实验人员的工作量，安装方便，占用空间小，能够通过一次测试准确地对分体式激光对刀仪的精度进行检测。

一种检测方法，包括以下步骤：

—自动滑台1在载物台2上往复运动。

—分体式激光对刀仪3测量自动滑台1的位置信息，并记录；当自动滑台1往复运动，分体式激光对刀仪3激光发射端发射的激光线被遮挡，分体式激光对刀仪3信号触发，并记录位置信号。

—激光干涉仪线性测量组件4测量自动滑台1的位置信息，并记录。

—分体式激光对刀仪3和激光干涉仪线性测量组件4不断将测得的运动位置信息传输给处理单元，计算得出分体式激光对刀仪的重复精度。

所述重复精度的计算公式为：

${\mathrm{\σ}}^2=\Σ{(X_i-X_{bar})}^2/n---\left(1\right)$

其中，i＝1,2,3……n，X_bar为平均值；单位为μm；Min为样本中最小值；Max为样本中最大值；2*σ为样本的2倍标准差；σ为标准偏差，它反映了数据相对于平均值的离散程度。用途：估算样本的标准偏差。2σ使用正态分布95％置信水平估计。

激光干涉仪反馈为纳米级，通过对“上位机软件”进行设置，最终显示的分辨率达到纳米级，这样计算出来的数据更为准确及可靠。

通过以上的检测方法就能够测得分体式激光对刀仪的重复精度。该方法的优点是整体结构设计简单，能有效的降低成本，减少实验人员的工作量，安装方便，占用空间小，能够通过测试准确地对分体式激光对刀仪的重复精度进行检测。

通过在实验室内对国内外分体式激光对刀仪产品用以上检测装置进行检测所测得的可靠数据。图2为对国外产品所测得的数据，其中：Min＝-0.394、Max＝0.556、2*σ＝0.3722；图3为对国内产品所测得的数据，其中Min＝-0.95、Max＝0.748、2*σ＝0.94589。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用激光干涉仪检测分体式激光对刀仪重复精度的装置，其特征在于包括：

设置于水平工作面上的载物台(2)、

能够往复运动的自动滑台(1)、

用于分别测量自动滑台(1)运动位置的分体式激光对刀仪(3)和激光干涉仪线性测量组件(4)；

所述的分体式激光对刀仪(3)和激光干涉仪线性测量组件(4)用于分别将测得的位置值记录，并传输给处理单元，计算得出分体式激光对刀仪的重复精度。

2.根据权利要求1所述的用激光干涉仪检测分体式激光对刀仪重复精度的装置，其特征在于：

所述的自动滑台(1)设置于载物台(2)上，所述分体式激光对刀仪(3)的激光发射端和激光接受端分别固定在载物台(2)两侧的架体上。

3.根据权利要求1或2所述的用激光干涉仪检测分体式激光对刀仪重复精度的装置，其特征在于：

所述的激光干涉仪线性测量组件(4)包括线性测量组件和移动测量镜组，所述的激光干涉仪线性测量组件(4)的线性测量组件设置于载物台(2)上，移动测量镜组设置于自动滑台(1)上。

4.根据权利要求1或2所述的用激光干涉仪检测分体式激光对刀仪重复精度的装置，其特征在于：

所述的处理单元为英特尔X64或X86系列中央处理器。

5.一种检测方法，其特征在于包括以下步骤：

—自动滑台(1)在载物台(2)上往复运动；

—分体式激光对刀仪(3)测量自动滑台(1)的位置信息，并记录；

—激光干涉仪线性测量组件(4)测量自动滑台(1)的位置信息，并记录；

—分体式激光对刀仪(3)和激光干涉仪线性测量组件(4)不断将测得的运动位置信息传输给处理单元，计算得出分体式激光对刀仪的重复精度。

6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于：

当自动滑台(1)往复运动，分体式激光对刀仪(3)激光发射端发射的激光线被遮挡，分体式激光对刀仪(3)信号触发，并记录位置信号。

7.根据权利要求5或6所述的检测方法，其特征在于：

所述重复精度的计算公式为：

σ²＝Σ(X_i-X_bar)²/n (1)

其中，i＝1,2,3……n，X_bar为平均值；单位为μm；Min为样本中最小值；Max为样本中最大值；2*σ为样本的2倍标准差；σ为标准偏差；2σ使用正态分布95％置信水平估计。