雷尼绍XL80激光干涉仪操作手册.docx
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雷尼绍XL80激光干涉仪操作手册
镭射干涉仪操作手册
手册内容
一.RENISHAW公司简介1
二.镭射干涉仪原理2
（1）波的速度3
（2）干涉量测原理3
（3）镭射干涉仪4
（4）镭射干涉仪一般量测项目4
三.注意事项5
四.镭射干涉仪防止误差及保养5
（1）镭射干涉仪防止误差5
（2）镭射干涉仪保养方法6
五.安全及注意事项6
六.镭射光原理及特性7
七.镭射硬件介绍8
八.镭射架设流程图15
九.定位量测原理及操作16
（1）线性定位量测原理16
（2）量测方式17
十.镭射易发生之人为架设误差20
（1）死径误差20
（2）余弦误差21
（3）阿倍平移误差21
十一.镭射操作之步骤22
（1）软件安装之步骤22
（2）执行量测软件22
（3）定位量测硬件架设之操作23
（4）镜组架设前之注意事项24
（5）镜组架设之步骤24
十二.定位量测之程序范例29
十三.定位量测之软件操作步骤30
热漂移量测38
快速功能键44
十四.动态软件量测之操作45
（1）动态量测硬件之架设45
（2）执行量测之软件46
（3）位移与时间48
（4）速度与时间49
（5）加速度与时间50
十五.角度量设之操作52
（1）注意事项52
（2）镜组架设的种类53
（3）镜组架测之步骤54
（4）角度量测之软件操作步骤57
十六.RX10旋转轴之量测62
（1）说明62
（2）硬件配件之介绍62
（3）硬件操作之步骤64
（4）软件操作之步骤67
十七.直度量测之操作75
（1）直度之分类75
（2）直度量测之硬件架设75
（3）镜组架设之步骤75
（4）直度软件之操作步骤80
十八.Z轴直度镜组织架设方法85
十九.垂直度量测之操作89
（1）垂直度镜组架设之步骤89
（2）软件操作之步骤95
二十.平面度量测之原理与操作101
（1）硬设备101
（2）操作之原理102
（3）镜组架设之步骤102
（4）软件操作之步骤110
RENISHAW公司简介
RENISHAW为一家英国公司,产品营销全世界,主要产品有三次元量床之测头、测针、BALLBAR循圆测试仪、镭射干涉仪････････等等及产品经NPL（英国国家标准）认证为ISO9001之合格厂商
RENISHAW公司为机器设备制造商提供量测检验系统的仪器,提供各种用于机器精度检定的量测设备进而改善机器的精度
RENISHAWXL80高性能镭射干涉仪是机床、三次元坐标量床及其它定位装置精度校准用的高性能仪器,由于最新电子技术的应用,使其镭射波长非常稳定并保持了低成本高效率的工作流程
RENISHAW产品介绍：
镭射干涉仪量测系统循圆测试仪器（BALLBAR）量测系统
三次元测头测针系列黏贴式光学尺系列
镭射干涉仪量测原理
MICHELSONE0干涉原理
两个频率振幅波长相同的镭射光波因相位变化而发生不同程度的干涉
a.相长干涉（建设性干涉）
b.相消干涉（破坏性干涉）
相长干涉
相消干涉
1.波的速度
V＝fλ若f，λconst.则Vconst
2.干涉量测原理
3.镭射干涉仪：
一般镭射干涉仪均为氦氖镭射,其镭射光为红色波长0.6329μm
长期稳定误差0.05ppm以下（10个波长相差0.5个波）
其优点：
a.测量范围大
b.简化以往光学仪器结构
c.测量速度快
缺点：
易受大气环境影响因波长常会随温度、气压、湿度而变化
（因镭射光以空气为传递介质）
4.镭射干涉仪一般量测项目：
（一）定位精度、距离量测、重复性
（二）速度、加速度、动态量测
（三）角度量测：
a.垂直方向角度（pitch）
b.水平方向角度（yaw）
（四）真直度量测：
a.垂直方向
b.水平方向
（五）直角度量测
（六）平面度量测
（七）平行度量测
（八）旋转角度量测
注意事项：
（1）三脚架置于待测物适当位置,地基稳固不可摇晃及避免人员和机器碰触的地方
（2）三脚架之水平气泡调至中央位置固定
（3）信号线之插头,红点表示向上,各线接头缺口部份确实吻合方可插入
（4）各电源线、信号线连接或拔除时,各仪器需均在OFF状态,否则会对仪器造成伤害
（5）给予稳定独立电源,确实不漏电环境中使用
（6）短距离量测（50mm内）亦产生余弦误差,先校直度再作定位
（6）对焦时避免反射回来的镭射光打在镭射光射出口处
（7）镭射先热机稳定后,再做镭射量测
（8）操作中确认XC80（环境补偿系统）是监控中,每7秒各侦测一项,以42秒为一次循环
（9）镭射干涉仪设备存放地点尽量保持干燥
镭射干涉仪防止误差及保养
1﹒镭射干涉仪防止误差
（1）量测周围环境应尽量避免太阳光直接照射或突然流动的风产生扰流现象
（2）装设干涉镜及反射镜在被测机台上时,必须牢固,否则机台移动会造成不可预期的量测误差
（3）环境侦测感应器与材料温度感应器是否作动,必须于量测前确实检查,
以免造成不必要的误差
（4）要获得最佳精度并减少误差,建议遵守下列规定：
a﹒在校验环境条件中执行量测
b﹒激光束需作确实校直
c﹒需注意量测时的周围条件
d﹒牢固地装设镜组
（3）在量测执行中不可因其它因素而中断,量测必须一次完成检验,若发生量测中断情形,必须重新执行检验
2﹒镭射干涉仪保养方法
（1）使用时应防止碰撞及震动
（2）工作完毕应循操作方法反顺序逐一拆卸并且擦拭干净置回仪器盒内
（3）金属平台在使用完后应擦拭干净
（4）干涉镜及反射镜片应使用光学镜片专用擦拭纸做圆形回转擦拭
（注意严禁使用酒精或具有挥化性及腐蚀性之清洁液擦拭,请干擦,因镜面有镀一层蓝色薄墨,而激光束是靠此薄墨产生折射与反射,如果使用具有挥化性或腐蚀性之清洁液会将此薄墨破坏,如果镜面没有薄墨折射率既减弱而影响光强,且无法再镀上此薄墨,请注意小心使用）
（5）应小心搬运尤其对镜片类应有适当防护与防震,暂不用时以干净东西覆盖
安全注意事项
1.镭射光属二级镭射,建议勿长时间直视镭射光
2.镭射预热时可将镭射光闸暂时关闭,镜组对焦时再予以打开
3.对焦时尽量避免反射之镭射光打在镭射头的镭射发射出口处,以免镭射造
成不良影响
4.架设镜组前,先将机器欲测轴全行程来回移动,观察机器移动空间并决定镜
组架设位置,当镜组架设至机台后,使用手动慢速移动机器确定移动空间无
其它干涉物后,机器才可改为自动移动
5.架设或操作镭射干涉仪时,闲杂人等避免靠近,以免拌到电源线或传输线
6.确认电压伏特是否正确,并且所使用的电力来源尽量能够独立,并加稳压器.
镭射光原理及特性
1.光的相关原理
光为一种无质量的微粒子（牛顿）
光为一种电磁波（马克士威尔）
光具有粒子与波动的性质
2.光的特性
方向性
直线性
波动性
3.波的基本物理量
频率f、周期T、振幅A、波长λ、其中波长是长度单位
4.何谓镭射光
对某种元素施予能量,使其原来稳定的基态（低能阶）变为不稳定的
激态（高能阶）,元素会由激态（高能阶）释放出能量后变回原来的基态
（低能阶）再释放能量的过程中会产生一种光,我们谓之镭射光
5.镭射光之特性
A.高单频性：
光的频率即是色,高纯频率即是高单色,一般可见光包含
红、澄、黄、绿、蓝、靛、紫、频率纯度较低
B.高方向性：
镭射光配合聚光镜的发散角度非常小,而一般光线其扩散
角度都非常大
C.高亮度性：
其光线亮度比一般光线亮度大数倍（视镭射而定）
硬件介绍
XL80镭射头
XC80环境补偿系统
8
XC80环境补偿系统插槽示意图
夹持器组
线性定位量测镜组
角度量测镜组
Z轴直度量测镜组及附件
垂直度量测镜
平坦度量测镜组
旋转轴量测系统
镭射头微调平台
重负荷三脚架
镭射架设联机流程图
1﹒镭射架设及量测流程表
15
定位量测原理及操作
1﹒线性定位量测原理：
（1）架设方式：
干涉镜不动,移动反射镜
反射镜不动,移动干涉镜
（2）何谓线性定位精度：
CNC机器执行时,程序之坐标点未必是机器的坐标点,程序坐标点为理想值,机器坐标点为实际值,两者之间差为机器的定位精度
（3）线性定位误差原因：
误差原因可能是导程误差、控制器误差、机器几何误差及震动等原因
（4）线性定位量测的目的：
量测出机台可能因零件和组装所造成的误差,可利用机器参数补偿或重新组装改进机器加工机精度,确保机器加工的质量
（5）镭射干涉仪定位量测发生误差的原因：
a﹒空气、温度、湿度、气压等影响
b﹒待测物之热膨胀系数
c﹒电子误差
d﹒死径误差（图一）
e﹒阿倍（ABBE）误差（图二）
f﹒余弦（COS）误差（图三）
g﹒震动误差
h﹒镜组热膨胀飘移
镭射干涉仪量测数据是以数值方式显示,并没有一般量测时
有人为读值判定所产生的误差
16
2﹒量测方式
a﹒线性（linear）方式---单向---2次
b﹒线性（linear）方式---双向---2次
17
C﹒朝圣（pilgrim）方式---单向---2次
d﹒朝圣（pilgrim）方式---双向---2次
18
e﹒钟摆（pendulum）方式---单向---2次
f﹒钟摆（pendulum）方式---单向---2次
镭射架设易发生之误差
1﹒死径误差（如图一所示）
˙死径误差是一种与使用XC80自动补偿的线性量测过程中的环境因子变化有关的误差。
在正常情况下,死径误差很小并且仅在恢复为基准值之后和量测期间发生环境变化时出现。
˙镭射光波经过干涉镜后开始计算位移量,故干-反镜组间隙越大,光波暴露大气环境越多,受外在因素影响越大,如果干涉仪与反射镜之间没有移动,并且激光光束周围的环境条件发生变化,则波长（在空气中）将在整个路径（LI+L2）上发生变化,但是镭射量测系统仅在L2距离上得到补偿。
因此将引进死路量测误差,因为光束路径L1没有得到补偿。
图一死径误差
˙但是,如果在恢复为基准值时固定光学镜组和移动光学镜组彼此相接,则死路误差可以忽略不计,如下图所示。
2﹒余弦误差（如图二所示）
˙架设镭射头没有真正与干-反射镜成一直线所造成的误差,即激光光束路径与运动轴线之间有校直的偏差,而导致量测距离与实际移动距离之间有差异。
图二余弦误差
3﹒阿倍平移误差（如图三所示）
˙激光束轴线不在行程轴在线,意即当光束与预定校准轴线平行但有一个偏移距离,进行测量时会因俯仰或偏角引致Abbe偏置误差。
图三阿倍平移误差
镭射操作之步骤
（一）软件安装步骤：
（1）将原厂Laser光盘软件放入磁盘驱动器中,即会自动执行安装
AUTORUN完成安装,若计算机无法执行自动安装,请点选软件
中Setup.exe执行安装,软件安装完成后,计算机会要求重新开
机,请点选稍后重新开机
（2）接着安装Laser在线辅助说明,软件安装完成后,计算机会要求
重新开机,请点选重新开机
（3）软件安装完成后请将XL80连结到计算机上,此时会出现找到
新硬件,请选择自动安装软件（先确认XL80之镭射软件光盘
有在计算机内）,开始安装驱动程序
（4）XC80只要有安装镭射软件即可自动搜寻到驱动程序
注:
适用WINXP,WINVista操作系统.
（二）执行量测软件：
（1）由开始工具列中选择RenishawLaserXL进入（如图一所示）
（2）点选欲执行之软件:
有线性测长（定位量测）、角度测量、长距
离直线度测量、短距离直线度测量、回转轴分度精度测量、平面度测量、动态测量、双轴线测量、数据分析（如图二所示）以上所有软件均附上:
但测量时须搭配镜组.
（3）除上述方法之外,亦可将快捷方式至于Windows桌面上,直接点
选即可
（图一）（图二）
（三）定位量测系统架设操作：
步骤一：
将所有硬件依图所示,完成接线及架设
镜组架设前之注意事项
（1）先空跑预量测轴的行程,确实了解机床起点与终点,再架设镜组
（2）减低死径误差,干涉镜与反射镜架设越近越好
（3）干-反镜组需架于机台的床台与主轴上,因其是相对移动物体
（4）对焦时避免反射回来的镭射光打在镭射光射出口处
（5）对焦时近端调平移、远程调角度
步骤二：
镜组架设之步骤
（1）干涉镜需置于镭射头与反射镜之间,而当中有一块反射镜是锁
在干涉镜上（如图一所示）
图一
（2）注意干涉镜上所画的箭头,必须两个箭头分别指向两个反射镜
上（如图二所示）
图二
（3）水平轴向量测镜组架设
（4）垂直轴向量测镜组架设
（5）斜背式车床量测镜组架设
旋转镜
图1—旋转镜
旋转镜可以与线性、角度或真直度光学镜组结合使用，量测机器的对角线或倾斜轴线。
它可以安装在光学镜组上，使设定快速、简便。
旋转镜用于使激光光束在垂直面上偏转0至135度。
它的主要应用是量测或校准斜床式车床或机器对角线。
以下两个图显示在斜床式车床上使用旋转镜进行线性量测的方法。
图2显示的配置用于轴线与水平面的夹角大于45度的量测。
旋转镜与斜轴之间的准直误差应调整在±2度以内。
可以使用量角器量测行程的斜角，并设定旋转镜与该斜角平行。
图2-斜轴与水平面的夹角大于45度时使用的旋转镜。
图3所示的配置用于X轴与水平面的夹角小于45度的车床。
图3-斜轴与水平面的夹角小于45度时使用的旋转镜
步骤三：
镜组调整
（1）将镭射光射出口转至对焦用小孔射出口位置（如下图）
（2）当反射镜及干涉镜皆准备好后,将要量测的轴回归原点（起点）或移
动到与原点相反的极限位置（终点）
（3）将干涉镜及反射镜架到量测轴及另一辅助轴上
（4）尽量将干涉镜及反射镜之间的距离缩小,越靠近越好（避免死径误
差,如下图）
（5）两镜组靠近时可直接移动反射镜组使光点重迭,再利用脚架上升,平移机构将重迭光点移到接收孔,此时检查计算机里接收光线的强度
（6）将反射镜移动至量测距离的极限,将偏离标靶白点的激光束,用上下左右角度调整调到白点上（如下图）
（7）将反射镜标靶取下检视反射回来之光点的重迭度,若光点不重迭,在近端不重迭时是两镜组上下或左右没有在相同之位置高,必须调整分光镜或反射镜使之重迭,在远程不重迭时是因有角度偏差,必须调整镭射头的偏摆及倾斜角度使光点重迭（如下图）
（8）将重迭的光点利用脚架平移或上下调整,使光点落在镭射头对焦孔上
（9）将镭射头对焦孔转至接收孔位置上（如下图）,检视光线的强度
（10）将反射镜移到近端的位置,检视光线强度和远程的光线强度一样即可
（11）需注意光线强度超过50%即可量测,但近距离与远距离时光线强度需相同才可做量测
控制器程序范例
X轴方向（例如X轴行程总共500mm，每20mm取一点，共25次）
主程序0001子程序0002（镭射去的行程）
O0001；O0002；
G91G28X0.；G91G01X-20.F5000.；
M98P0250002；G04X3.；
G01X-3.F500.；M99；
X3.；子程序0003（镭射回的行程）
M98P0250003；O0003；
M30；G91G01X20.F5000.；
G04X3.；
M99；
Y轴方向（例如Y轴行程总共500mm，每20mm取一点，共25次）
主程序0001子程序0002（镭射去的行程）
O0001；O0002；
G91G28Y0.；G91G01Y-20.F5000.；
M98P0250002；G04X3.；
G01Y-3.F500.；M99；
Y3.；子程序0003（镭射回的行程）
M98P0250003；O0003；
M30；G91G01Y20.F5000.；
G04X3.；
M99；
Z轴方向（例如Z轴行程总共400mm，每20mm取一点，共20次）
主程序0001子程序0002（镭射去的行程）
O0001；O0002；
G91G28Z0.；G91G01Z-20.F5000.；
M98P0200002；G04X3.；
G01Z-3.F500.；M99；
Z3.；子程序0003（镭射回的行程）
M98P0200003；O0003；
M30；G91G01Z20.F5000.；
G04X3.；
M99；
（四）进入定位量测软件
（1）由开始工具列中选择RenishawLaserXL进入（如图一所示）
（2）点选欲执行之软件:
线性测长（定位量测）（如图二所示）
（图一）（图二）
（3）点选线性测长，进入定位量测软件窗口（如图三所示）
图三
30
工具列
（4）点选档案,开新文件选择欲设定模式：
自动设定模式
手动设定模式
随机设定模式
选择:
自动设定模式或按工具列中方块
（5）选择确定后,自动进入目标设定,输入目标设定：
如下图
31
（6）完成后按
进入抓取数据启动
（7）完成后按
输入数据标题
（8）按
后进入自动数据抓取设定
（9）设定完成后
定进入数据抓取
（11）数据抓取结束后按完成跳出,点选档案→另存新檔或工具列中方块
（12）设定储存路径后,输入文件名称：
（五）资料分析
（1）按数据点选分析进入数据分析或按工具列中方块
下图为进入分析系统画面（每次进入分析都会先显示所有数据曲线）
下图为进入分析系统画面中的快速工具列
（2）选取分析规范
镭射误差补偿图表之范例
下图为VDI3441之分析规范,此规范为德国针对机床的运行和定位精度校正的基本原理,为目前工具机产业常用之规范（仅供参考）
U:
反转背隙（reversalerror）,通称背隙
Ps:
定位散布度（positionalscatter）,表示沿测试轴各个位置随意的偏差对定位误差之影响,可能被视同方向重复性之测试
P:
定位不确定度（positionaluncertainty）,沿测试轴之总偏差由定位偏差值,反转误差和在每一标的点定位散布度计算得来
Pa:
定位偏差（positionaldeviation）沿测试轴各量测点间平均定位误差之最大差异
镭射误差补偿图表操作之流程与范例
镭射误差补偿图表之范例（由上图之误差补偿表设定完成后点选绘制误差补偿图表即会进入补偿数值如下图所示）
（六）热漂移
下图为量测热漂移之最典型的图形（锯齿状）,以时间取点,每趟来回为5分钟,
所以前5分钟其误差值比较大
上图量测是以设定点数用时间抓取（共500点每2秒抓一点）,其方法如下:
（1）选择目标点→手动设定模式→设定定位目标数→编辑目标值→
设定抓取数据启动→自动数据抓取设定→开始量测
（七）数据打印
（1）按档案选择打印机设定
（2）打印机设定中选择所安装的打印机
（3）按打印印出所选择的数据或按工具列中方块
（八）其它功能设定说明
（1）配置系统说明
（2）窗口功能切换设定说明
警告信号及消除
A：
XL80NOTRESPONDING
镭射无反应,表示电源无送入
检查镭射ON/OFF及不断电器之ON/OFF及最初之外接电源插座
ON/OFF是否在开的位置
B：
SIGNALLOW
镭射光线讯号太低
表示对焦动作没做好
1﹒重新做对焦动作
2﹒请无相关人员离开
C：
HEATERFULLON
镭射加热器正在运作
表示目前无法做量测,等待十分钟再看其是否消失恢复正常
D：
BEAMOBSTRUCTED
镭射光线被阻隔
表示曾被遮到或主轴头滴油及工作台附近之无尘纸,报纸等飘起遮
住光线
1﹒请无关人员离开
2﹒将主轴附近漏油擦干净
3﹒清除工作台附近之报纸及无尘纸
4﹒按归零键消除Alarm
E：
XL80NOTON但（I）为绿灯
镭射机不正常
表示计算机连接信号有问题
1﹒将镭射头隔10秒后再启动
2﹒离开本系统再重新启动
3﹒检查与镭射头相关之信号线
4﹒若仍无法消除,则请与RENISHAW公司技术人员联络
F：
XC80FAUL
环境补偿装置失效
检查USB连结是否正常
G：
HIGHSPEEDERROR
高速度误差
表示镭射在撷取数据时,镜头移动太快或光线瞬间被挡到
MOVEOVERRUN
过行程移动
镜头移动距离须超过OVERR
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