巧測龍門機床立柱導軌共面

陜西秦川機械發展股份有限公司 (寶雞 721009)袁安平

1.問題的提出

在重型龍門式機床的生產中，遇到了關于“兩立柱導軌面共面測量”的新課題。如圖1 所示，其立柱導軌跨距一般在4m 以上。查閱現有資料，此項目有采用鋼絲法測量的先例，但對操作者水平要求較高，其準確性及效率不能適應現階段的生產需要。因此，急需探索一種新方法來解決這一問題。

圖1

2.問題的分析

導軌的共面測量，實質上就是采用同一基準測量各被測面的直線度。而直線度測量的常規方法有:

(1)直尺比較法 此法測量時必須配備相應規格的直尺，故在本例的遠距離測量中適用性不強。

(2)水平儀或自準直儀測量法 此法屬角度偏差測量法，測量時量具必須首尾相接進行連續測量，而被測二導軌面又是非連續的，必須有導向基準方可實施，故不方便采用。

(3)激光干涉儀測量法 此法在測量過程中激光束不允許脫靶，而在被測面非連續的情況下，仍然需要有導向基準，故可操作性不足。

那么，有沒有其他可行的辦法呢?經過分析，我們想到了激光對中儀測量法。激光對中儀作為一種新型儀器，也具備直線度測量功能。由于激光對中儀測量直線度的原理屬絕對坐標法，直接以激光作為測量基準，測量有效長度可達10m 甚至更遠，測量過程中激光脫靶又不會對讀數產生影響，從理論上分析應該是完全可行的。

3.問題的解決

基于以上分析，經過在我公司龍門式復合加工中心產品“兩立柱導軌面共面測量”中的實際檢測、反復驗證，并對測量誤差進行分析、控制，其準確性完全能滿足要求，同時兼具高效與便捷的優點。下面對此進行介紹。

(1)測量原理 激光對中儀的測量原理是:位置傳感裝置感應激光發射器產生的激光束的坐標位置從而進行讀數，當被測面存在直線度誤差時，各待測點的讀數會產生不規則的變化，儀器自帶的軟件將各點的讀數和位置進行數據計算，可得誤差的數值和形狀。

針對本例，如圖2 所示，先把激光發射器安置在立柱外側，將位置傳感裝置固定于滑板上，并對儀器進行相關的設置。然后通過傳感裝置讀數值，將激光束與被測面基本調平，再依次順序移動滑板至各待測位置，完成數據采集，最終由儀器計算輸出測量結果。

圖2

(2)測量誤差影響因素及控制方法 我們用以上方法在公司某產品上進行了實際測量驗證，但結果卻不理想，因為三次測量所得誤差值的重復性差0.03mm 以上，這種精度水平根本就沒有多大的實用價值。問題究竟出在哪兒呢?我們對測量過程進行了仔細的誤差分析和多次試驗驗證，發現有以下影響因素:①測量點位置誤差影響。測量點實際位置與設定值不一致時，由于軟件是按理論位置進行計算，在共面測量時會對測量結果產生較大影響。例如，當在設定為500mm 處，實際測量位置差20mm且兩點誤差0.002mm 時，基準線在5 000mm 遠端差值為0.02mm，光束平行差較大時影響更大。②光束調平誤差影響。測量調整時，激光束與被測面的平行度誤差，從理論上而言，在測量點位置與設定值完全相符的情況下，不會對測量結果造成影響，但實際操作時移動點位很難特別準確，故對測量結果有影響。例如，當光束平行差0.2mm/1 000mm、位置差10mm 時，該點測量誤差可達0.002mm。③環境影響。溫度、氣流的變化，陽光的照射以及振動等因素均會影響激光光束的穩定性，從而降低測量值的準確性。④激光發射器固定座的穩定性影響。固定座微小的不穩定會造成遠端測值的成倍變化，如固定座變化0.001mm/50mm，其在5 000mm 遠端的變化量可達0.1mm。⑤測量值濾波的影響。環境的微小變化即會造成測量讀數的不穩定，因此，儀器提供了濾波功能以減小此影響。選擇合適的濾波時間可以大大提高測量值的穩定性和準確性。

(3)誤差控制方法 針對以上影響因素，我們采取了如下幾種控制方法:①移動測量點位置時應盡量與設定值保持準確一致，其差值以5mm 以內為宜。②調整后的激光束與被測面平行度誤差應盡量小，最好控制在0.02mm/1 000mm 以內。③激光器固定座必須可靠固緊，在滿足測量要求的前提下固定桿盡可能短。④測量時，避免陽光的直射，盡量減小溫度、氣流的變化和振動等因素的影響。⑤確定合理的測量值濾波時間。一般應在測量值讀數能達到穩定的前提下，選擇盡可能短的濾波時間，具體可在最遠端的測量位置進行讀數穩定性驗證來確定。

采取以上測量誤差控制措施，再次進行該項目的測量驗證，在同等條件下三次測量結果的重復性差僅為0.003 6mm，完全可以滿足此類測量的要求。

(4)測量特點 ①測量基準為穩定性極高的激光束，誤差信號由儀器直接采集，減少了人為的讀數誤差，故其準確性高。②測量過程中，激光脫靶不影響測量，可直接測量無導向面的被測要素，既節省工裝，又方便操作。③測量方向與位置不受限制，可方便地進行垂直方向、水平方向或其他任意方向以及任意段數、等距或不等距被測要素的誤差測量。④誤差數據與形狀可直接顯示，方便現場返修調整。

4.結語

用此方法測量龍門式機床兩立柱導軌面共面誤差，準確性高，又有高效、便捷的特點，值得在類似項目的現場檢測中推廣應用。