激光雙頻干涉儀實(shí)驗(yàn).doc

實(shí)驗(yàn)十一 雙頻激光干涉議測試數(shù)控機(jī)床位移精度及補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求1了解數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。2了解雙頻激光干涉議的工作原理。3掌握雙頻激光干涉議的的使用方法。4掌握數(shù)控機(jī)床的定位精度、重復(fù)定位精度的測量方法。5掌握數(shù)控機(jī)床定位誤差數(shù)據(jù)的處理方法。6掌握數(shù)控機(jī)床螺距誤差單向和反向間隙的補(bǔ)償方法，并驗(yàn)證補(bǔ)償效果。二、實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備1HP5528A雙頻激光干涉議一臺(tái)。2加工中心（VMC-850 FANUC）一臺(tái)。三、相關(guān)知識(shí)概述1數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)在數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)裝置中，一般由電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，由滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)。(1)滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)的工作原理如圖11-1所示，在絲杠1和螺母2上各加工有圓弧形螺旋槽，將它們套裝起來形成螺旋形滾道，在滾道內(nèi)裝滿滾珠3。當(dāng)絲杠相對(duì)螺母旋轉(zhuǎn)時(shí)，絲杠的旋轉(zhuǎn)面通過滾珠推動(dòng)螺母軸向移動(dòng)，同時(shí)滾珠沿螺旋形滾道滾動(dòng)，使絲杠和螺母之間的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L珠與絲杠、螺母之間的滾動(dòng)摩擦。螺母螺旋槽的兩端用回珠管4連接起來，使?jié)L珠能 圖11-1 滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)夠從一端重新回到另一端，構(gòu)成 1.絲杠；2.螺母；3.滾珠；4.回珠管一個(gè)閉合的循環(huán)回路。(2)進(jìn)給傳動(dòng)誤差由于滾珠絲杠副在加工和安裝過程中存在誤差，因此滾珠絲杠副將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)時(shí)存在以下兩種誤差。 螺距誤差，即絲杠導(dǎo)程的實(shí)際值與理論值的偏差。例如P級(jí)滾珠絲杠的螺距公差為O.012mm300mm。反向間隙，即絲杠和螺母無相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，絲杠和螺母之間的最大竄動(dòng)。由于絲杠和螺母之間有磨損，滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)存在軸向間隙；該軸向間隙在絲杠反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)表現(xiàn)為絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)角，而螺母未移動(dòng)，形成了反向間隙。但反向間隙過大將嚴(yán)重影響機(jī)床精度。2. 雙頻激光干涉儀的工作原理雙頻激光干涉儀其雙頻激光測量系統(tǒng)由氦氖雙頻遙置激光干涉儀和電子實(shí)時(shí)分解系統(tǒng)所組成。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)，可在較快的位移速度下測量較大的距離，使用范圍廣，使用方便，測量精度高?；驹恚喝鐖D11-2所示，激光雙頻干涉儀的氦氖激光管，在外加直流軸向磁場的作用下，產(chǎn)生塞曼效應(yīng)，將激光分成頻率為f1和f2，旋向相反的兩圓偏振光，經(jīng)/4波片變?yōu)榫€偏振光。調(diào)整/4玻片的旋轉(zhuǎn)角度，使fl和f2的振動(dòng)平面相 互垂直，以互垂直，以 圖11-2 雙頻激光干涉儀的工作原理圖作激光干涉 1.激光管2./4波片3. 參考分光鏡4. 偏振分光棱境5. 基準(zhǔn)錐體棱鏡6.移動(dòng)測量棱體7.10.12.檢偏振鏡8.9.11.光電管13.光電調(diào)制器儀的光源。當(dāng)兩個(gè)線偏振光經(jīng)過參考分光鏡3時(shí)(見圖11-2)，大部分則由偏振分光棱境4分成兩束。偏振面垂直入射面的f2全反射到與分光鏡固定在一起的基準(zhǔn)錐體棱鏡上；偏振面在入射面內(nèi)的fl則全部通過而射到移動(dòng)測量棱體6上。由這兩個(gè)錐體棱鏡反射回來的光束在偏振分光鏡上合并，并在檢偏振鏡上混頻。當(dāng)移動(dòng)錐體棱鏡時(shí)，由于多普勒效應(yīng)，f1變成f1 +f，因而光電元件8所得到的信號(hào)是(f1+f)-f2。在可逆計(jì)數(shù)器中與參考信號(hào)(f1-f2)相減，棱鏡每移動(dòng)半個(gè)波長，光程變化是整個(gè)波長。測得的位移是l=/2N，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，所測得的位移值可在計(jì)算機(jī)顯示器上讀出。位移量測量原理如圖11-3所示。圖11-3 位移量測量原理圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1使機(jī)床各軸回參考點(diǎn)2按圖所示擺放儀器。圖11-4 激光干涉儀的使用示意圖3決定反射鏡（Linear retroreflector）安放位置，并固定在機(jī)床上。4選擇透射鏡（Interferometer）安放位置，使反射鏡和透射鏡保持在同一高度。5調(diào)整激光頭使其與反射鏡及透射鏡保持在同一直線和同一高度。6接通激光頭的電源，預(yù)熱5分鐘后，調(diào)整光路使反射光幾乎全部進(jìn)入激光頭的入口。7移動(dòng)機(jī)床，使其移動(dòng)一個(gè)步距（從機(jī)械原點(diǎn)即零點(diǎn)計(jì)算起），按下RECORD鍵，從而記錄機(jī)床實(shí)際移動(dòng)數(shù)值及其移動(dòng)誤差。如X軸方向的位移測量示意圖5。圖11-5 位移測量示意圖8每隔一個(gè)步距移動(dòng)一次機(jī)床，按下RECORD鍵，重復(fù)該步五次。五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)通過雙頻激光干涉議測試數(shù)控機(jī)床位置精度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)：1進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)工作原理。2掌握了測量數(shù)控機(jī)床位置精度的精密測量儀器的使用方法。3通過對(duì)坐標(biāo)軸X、Y、Z三個(gè)方向位移測量記錄下來的數(shù)據(jù)，與機(jī)床顯示的數(shù)值對(duì)比所產(chǎn)生的誤差結(jié)果，為機(jī)床參數(shù)中的間隙補(bǔ)償提供了可靠的依據(jù)。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱 班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求2實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在測量數(shù)控機(jī)床的位置精度時(shí)，測量移動(dòng)的步距（兩個(gè)測量點(diǎn)的距離）要根據(jù)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)參數(shù)來定，加工中心（VMC-850 FANUC系統(tǒng)）參數(shù)中定義的步距為30mm。根據(jù)對(duì)坐標(biāo)軸X、Y、Z三個(gè)方向位移測量記錄下來的數(shù)據(jù)：單向和反向測量的數(shù)據(jù)，繪制誤差曲線圖（橫坐標(biāo)為測量點(diǎn)的位置長度mm，縱坐標(biāo)為步距的誤差m）。數(shù)控機(jī)床工作軸移動(dòng)的尺寸填入下表：（1）實(shí)際測量工作臺(tái)上給定點(diǎn)Pi沿X運(yùn)動(dòng)軸單向的運(yùn)動(dòng)定位誤差(i=0,l,2,3,4,5)曲線圖數(shù)控機(jī)床工作移動(dòng)的尺寸填入下表：負(fù)向移動(dòng)位置起點(diǎn)坐標(biāo)P0P1P2P3P4P5位移尺寸（mm）激光測量尺寸（mm）誤差值（um）m0 0 30 60 90 120 150（mm）根據(jù)五個(gè)測量點(diǎn)的誤差，計(jì)算平均誤差，輸入到數(shù)控機(jī)床參數(shù)的單向間隙補(bǔ)償中。（2）實(shí)際測量工作臺(tái)上給定點(diǎn)Pi沿X運(yùn)動(dòng)軸反向的運(yùn)動(dòng)定位誤差(i=0,l,2,3,4,5)曲線圖數(shù)控機(jī)床工作移動(dòng)的尺寸填入下表：正向移動(dòng)位置起點(diǎn)坐標(biāo)P0P1P2P3P4P5位移尺寸（mm）激光測量尺寸（mm）誤差值（um）m0 0 30 60 90 120 150（mm）根據(jù)五個(gè)測量點(diǎn)的誤差，計(jì)算平均誤差，輸入到數(shù)控機(jī)床參數(shù)的反向間隙補(bǔ)償中。（3）實(shí)際測量工作臺(tái)上給定點(diǎn)Pj沿Y運(yùn)動(dòng)軸單向的運(yùn)動(dòng)定位誤差（j=0,l,2,3,4,5)曲線圖數(shù)控機(jī)床工作移動(dòng)的尺寸填入下表：負(fù)向移動(dòng)位置起點(diǎn)坐標(biāo)P0P1P2P3P4P5位移尺寸（mm）激光測量尺寸（mm）誤差值（um）m0 0 30 60 90 120 150（mm）根據(jù)五個(gè)測量點(diǎn)的誤差，計(jì)算平均誤差，輸入到數(shù)控機(jī)床參數(shù)的單向間隙補(bǔ)償中。（4）實(shí)際測量工作臺(tái)上給定點(diǎn)Pj沿Y運(yùn)動(dòng)軸反向的運(yùn)動(dòng)定位誤差（j=0,l,2,3,4,5)曲線圖數(shù)控機(jī)床工作移動(dòng)的尺寸填入下表：正向移動(dòng)位置起點(diǎn)坐標(biāo)P0P1P2P3P4P5位移尺寸（mm）激光測量尺寸（mm）誤差值（um）m0 0 30 60 90 120 150（mm）根據(jù)五個(gè)測量點(diǎn)的誤差，計(jì)算平均誤差，輸入到數(shù)控機(jī)床參數(shù)的反向間隙補(bǔ)償中。（5）實(shí)際測量主軸上給定點(diǎn)Pk沿Z運(yùn)動(dòng)軸單向的運(yùn)動(dòng)定位誤差(k=0,l,2,3,4,5)曲線圖數(shù)控機(jī)床工作移動(dòng)的尺寸填入下表：負(fù)向移動(dòng)位置起點(diǎn)坐標(biāo)P0P1P2P3P4P5位移尺寸（mm）激光測量尺寸（mm）誤差值（um）m0 0 30 60 90 120 150（mm）根據(jù)五個(gè)測量點(diǎn)的誤差，計(jì)算平均誤差，輸入到數(shù)控機(jī)床參數(shù)的單向間隙補(bǔ)償中。（6）實(shí)際測量主軸上給定點(diǎn)Pk沿Z運(yùn)動(dòng)軸反向的運(yùn)動(dòng)定位誤差(k=0,l,2,3,4,5)曲