快速而精確的激光測(cè)量技術(shù)
靈活而緊湊的基于激光的測(cè)量系統(tǒng),可以高速測(cè)量表面和檢查關(guān)鍵尺寸。
談到計(jì)量和檢測(cè),很少有設(shè)備有現(xiàn)代激光系統(tǒng)那樣的萬(wàn)能件。快速、非接觸式的激光技術(shù)可以在零件上測(cè)量許多點(diǎn)而不產(chǎn)生變形或留下痕跡。
AutomatedPrecisionInc.(API)出品的5或6維激光系統(tǒng),顯示出由激光測(cè)量系統(tǒng)可以達(dá)到的獨(dú)特性能的種類。由該公司設(shè)計(jì)的系統(tǒng),是以一個(gè)精密干涉儀的5或6維傳感器為基礎(chǔ)用來(lái)測(cè)量CNC機(jī)床和坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的定位精度。干涉儀發(fā)送的激光光束進(jìn)入傳感器,然后分為三個(gè)分光束。第一個(gè)分光束將返回光源,以進(jìn)行線性位移測(cè)量,第二個(gè)分光束進(jìn)入雙向傳感器以測(cè)量水平和垂直方向的不直度誤差。第三個(gè)分光束通過(guò)一個(gè)光學(xué)結(jié)構(gòu),測(cè)量偏轉(zhuǎn)和仰俯。由一個(gè)集成的微分激光系統(tǒng)來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)角偏差。
用戶可以在機(jī)床的一個(gè)坐標(biāo)軸上(如X軸)安裝6維激光器,可同時(shí)測(cè)量所有的六個(gè)坐標(biāo)軸的誤差。
API的MikeGlossinger說(shuō),“如果您是在普通機(jī)床上測(cè)量,則Y軸應(yīng)該與X軸成90°。將激光器定位好,如定位在X軸上,插入一個(gè)五棱鏡,讓光束折彎至Y軸上,折彎度正好為90度。”激光器保持靜止,只有6維傳感器移動(dòng)對(duì)Y軸進(jìn)行測(cè)量。利用從X和Y軸上取得的不直度數(shù)據(jù),測(cè)量器上的專利軟件可以確定每個(gè)坐標(biāo)軸在測(cè)試平面中的走向并計(jì)算其垂直度。
三軸機(jī)床上的每個(gè)軸都有6個(gè)可能的位置誤差:軸移動(dòng)定位誤差;在垂直于移動(dòng)軸的軸方向上的直線度誤差和三個(gè)角度誤差(轉(zhuǎn)動(dòng)、俯仰、偏轉(zhuǎn))。此外,機(jī)床三個(gè)相互垂直的平面生成的正方度誤差。
通過(guò)三次安裝和三次測(cè)量操作,系統(tǒng)可以確定機(jī)床上17個(gè)軸誤差和兩個(gè)正方度誤差。API現(xiàn)有的轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器不能測(cè)量垂直軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。在5次安裝和操作中,系統(tǒng)可以確定21個(gè)可能誤差中的20個(gè)。
Glossinger說(shuō),“我們可以在約4-5小時(shí)內(nèi)對(duì)一臺(tái)機(jī)床進(jìn)行完整的分析。”他相信,由像API的5或6維系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù),為機(jī)床制造廠提供達(dá)到新的精度水準(zhǔn)的機(jī)會(huì)。“最終,機(jī)床制造廠在補(bǔ)償方面要做的事情將比只在純直線度方面要做的事情要多。在當(dāng)今,他們?cè)噲D用很好的機(jī)械方法制造系統(tǒng),但是留給他們的恰好是無(wú)法修正的小誤差。現(xiàn)在,通過(guò)某些補(bǔ)償,我們可以把機(jī)床做得更好(更確切地說(shuō)是性能價(jià)格比)。”
在更一般的場(chǎng)合,由Mitutoyo(MIT)Corp.出品的激光千分尺在連續(xù)過(guò)程中證實(shí)了激光的測(cè)量方法的速度和精度。這些系統(tǒng)將激光光束對(duì)準(zhǔn)一個(gè)旋轉(zhuǎn)的反射鏡。當(dāng)反射鏡自轉(zhuǎn)時(shí),激光束射向一個(gè)光電單元。該單元的輸出量隨達(dá)到其上的光束量大小成正比地發(fā)生變化,使系統(tǒng)可以確定位于單元和激光之間的工件的直徑。常用的MTI激光千分尺如Series544,對(duì)于直徑為1mm~51mm的工件,其精度約為±0.0030mm,重復(fù)精度約為±0.00013mm。
MTI的DaleSchauer說(shuō),“一些制造廠采用He—Ne管作為激光光源,但我們卻采用二極管,因?yàn)槠涫褂脡勖L(zhǎng)。有些He—Ne管其使用壽命超過(guò)600h,但采用激光二極管,有時(shí)候,其壽命竟超出7000h。”激光千分尺往往作為較大型系統(tǒng)的一個(gè)組成部分加以使用。Schauer觀察到,“有一半以上激光器是深藏在某些講師儀器的過(guò)程控制部分中。”當(dāng)今的激光千分尺還具備增強(qiáng)的功能度。“與舊裝置相比,它們具備更多的編程控制能力以及更快的輸出能力。”
在線測(cè)量時(shí),用戶仍然要注意零件的清潔度和粗糙度。Schauer警告說(shuō):“一層油或水基冷卻液的薄膜其厚度可能達(dá)十分之幾毫米。此外,您還要受到表面粗糙度的某種影響。這些裝置中某些分辨力只有0.5μm。此外,零件的找正很關(guān)鍵。任何微量?jī)A斜都將引起錯(cuò)誤的讀數(shù)。任何粘在零件上的東西均可能影響測(cè)量結(jié)果。”
他不同意激光的測(cè)量比機(jī)械式或機(jī)電式測(cè)量要貴的觀點(diǎn)。“如果說(shuō)到用機(jī)械系統(tǒng)測(cè)量撥絲模之間的絲流,則必須制造某各軋輥系統(tǒng),而這種系統(tǒng)并不便宜。對(duì)于激光系統(tǒng),如果產(chǎn)品是圓的,您可能采用一個(gè)X—Y調(diào)整。每個(gè)送