基于激光跟蹤儀實現數控機床幾何誤差的快速高精度檢測

李金川

（襄陽市航宇救生裝備有限公司，湖北 襄陽 441000）

眾所周知，任何高精度的加工設備，當使用期限達到一定程度之后，加工設備的加工精度會受到大范圍的影響。而造成這些影響的主要來源，既有機器老化自身因素，也有人為因素。隨著我國現代化制造業越發快速的發展，加工的訂單也在不斷地增多，為了適應當前發展，就會對所使用的加工設備在進行檢測時候的整體需求提出嚴格要求，并且由于之前的檢測手段老舊，已經無法對現代化工業的檢測需求給予滿足。當前，笛卡爾三坐標測量記錄和現場測量夾具，它們都是用來對機床當中的幾何精確程度進行測量的。但，因為笛卡爾三坐標地方測量機三根導軌在安裝的時候，對地域的環境要求極高，所以就對其量產造成了很大影響，并且最終得出的測量效率，整體來說也不是很精準，不能進行大規模測試，對于一些高頻次故障的發生會顯得束手無策。尤其要注意的是，它并不能進行現場實地勘測。所以，要怎么樣才能夠更有效、精確化的將這一存在的問題用適當的方式解決，這正是現階段需要研討。激光跟蹤測量系統作為一種全新的三維測量系統，當前已經在現代工業當中被廣泛運用，發揮著作用。

1 激光跟蹤儀校準技術

1.1 激光跟蹤儀針對誤差的分析

所謂的測量列，指的就是在同一時間對同種量值進行多次推敲測量的情況下，就會得到一個系統且有規律性的不同測量值。任何一個測量值當中，誤差不可能被盡數消除，都會或多或少存在一些。這些誤差的出現伴隨著極大的隨意性，也就是說，前一個誤差的出現之后，根本就無法對下一個誤差出現的時間進行有效預測。隨機性誤差也是由于眾多現階段并沒有完全掌握的微小因素所造成的。

激光跟蹤儀測量裝置方面的因素多種多樣，具體包括，零部件在進行配合之間的松動不穩定性，零部件長時間的磨損程度等等。至于環境方面的因素，主要指的是環境溫度、氣壓的變化、地基的不穩定性等等。人員方面所指的就是測量人員在進行測量的時候，讀數的不精確等。

系統所產生的誤差是一些按確定規律變化，以及固定不變的因素所引起的，雖然產生了這些誤差，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，垂直軸和水平軸沒有按照預期進行正交。跟蹤鏡沒有通過水平和垂直軸的交點，當激光和垂直軸進行正交的時候，垂直度盤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計上所存在的弊端。測量階段的實際溫度對標準溫度的偏差，以及測量過程當中的溫度、濕度等都按照對應規律變化的誤差，所采取的也是近似的測量方式以及計算公式所引發的誤差。

1.2 激光跟蹤儀的校準

激光跟蹤儀的校準本身就具備兩點校準法，雙面測量法。可以根據現階段所能夠創造的條件，采用和高精度型的（2.7μm）三坐標測量記錄（CMM）來逐漸進行對比，完成最終的校準工作。而具體的方式則是將CMM分別作出X/Y/Z的軸向運動。反射鏡則將其放置在測頭上并固定好，但是對激光跟蹤儀進行安裝的時候，要將其安裝在距離CMM的工作臺上，其間要保持至少5米的距離。CMM可以提供標準長度，而激光跟蹤儀的具體職責就是要將實際測量所得出的數值呈現出來，在經過對比進行精確計算之后，自然就能找到不同位置之間的距離誤差。

為了對LTS的激光干涉儀所得到的具體的測量長度進行有效檢驗，在進行檢測期間，必須要把LTS放置在CMM的X軸的延長線上面至于CMM，要沿著X軸進行100mm的軸向運作，步數間距為100nn，跟蹤頭要沿著光軸向跟蹤SMP，對各項坐標進行采集，經過最終計算得出正確的長度誤差。通過實驗可以證明，由誤差所產生的最大長度具體是14.9μm，比起儀器自帶的出場精度僅僅高出了一點。為了對LTS的方位角度進行有效檢測，令CMM可以沿著X軸向運動1000mm，且能夠將步距同樣維持在100mm。

2 機床檢測

針對某些大型機床，當需要進行現場檢測時候，可以利用激光跟蹤儀。而檢測機床誤差的主要方式又分為單項誤差測量和綜合性誤差測量。所謂單項誤差測量，指的是對各項誤差分量的具體檢測。至于綜合性誤差，指的就是對機床作圓插補運動時候的輪廓精確度的有效檢測。通常情況下，單項誤差比起綜合來說更具優勢，其優勢特點主要表現在測量的精確把握度上。

在對該臥式車床進行測量之前，先要將激光追蹤儀根據實際場地的需要，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，環境較好、沒有干擾的位置上。通過對內部設置的電子水平儀，能將激光跟蹤儀調整到適合的位置。之后，要想最大化地將激光跟蹤儀的系統隨機誤差減小，就必須要對激光跟蹤儀的定點誤差給予一定補償，從而最大化的提升機床的測量精確程度。本次對機床的檢測，激光跟蹤儀的擺放位置要始終與車床保持3m，并且要儀器上的各種連接線路進行準確檢測。為了就是要保證打開儀器后能夠直接進行定點補償，在補償完成之后，不要忘了設置測量模式。

讓機床溜板箱工作臺按照事先預定好的，以此沿著X軸不斷加以運動，也要沿著Y軸運動。要在車床溜板箱工作平臺上將靶鏡固定到位，并且對車床提供通過測試所得出的具體長度。利用激光跟蹤儀將各點的空間位置逐一測出，并將其整理擬合成直線。用CAM2rneasure軟件功能得出隔斷直線的水平面直線度。車床溜板工作臺要沿著X軸不斷向進給距離600mm，步距要保持在6mm，激光跟蹤儀在IFM的測量模式下對數據進行采集，再將所采集到的數據擬合成直線，利用軟件將方向上的水平面直線度測量出來，然后進行數據處理，最終得出的便是不同距離下的直線度誤差曲線。

通過計算能得出，在IFM測量模式下，工作臺最大行程水平面直線的具體長度是0.0714mm。而在600mm行程當中，最大的水平直線度應該是0.0654mm。可將其與車床設計說明書上的誤差進行進一步對比分析，機床工作臺在X軸方向上的時候，直線度不能對所使用的加工精確要求進行充分滿足。由此得到，針對Y軸，當對其檢測的時候，其結果的精度必須要滿足相關使用要求。

總之，通過利用激光跟蹤儀能夠對現場大型機床設備加以檢測，通過檢測的結果可得知，當車床刀具工作臺在X軸進給方向直線并不能對其要求進行滿足的情況下，就需要根據需要再次做出適當的調整。在Y軸也就是所謂的床身導軌上，當直線度能夠對使用要求進行滿足的情況下，這個時候也就沒有再調整的必要了。激光跟蹤儀不但能夠滿足現場機床在短時間內進行精確的快速檢測，并且也可以對一些大型不方便移動的夾具以及生產線做進一步的測量。