激光干涉仪讲解.docx

1、激光干涉仪讲解第一章、前言、本次我们主要研究：如何检测机床的螺距误差。因此我们主要的任务在 于：1.应该使用什么仪器进行测量2.怎么使用测量仪器3.怎么进行数据分析4.怎么将测量所得的数据输入对应的数控系统二、 根据第一点的要求，我们选择的仪器为：Renishaw激光器测量系统.此 仪器检测的范围包括：1.线性测量2.角度测量3.平面度测量4.直线度测量5.垂直度测量6.平行度 测量线性测量：是激光器最常见的一种测量。激光器系统会比较轴位置数显上的 读数位置与激光器系统测量的实际位置，以测量线性定位精度及重复性。三、 根据第二点的解释，线性测量正符合我们检测螺距误差的要求。因此，我 们此次使用

2、的检测方法线性测量。总结以上我们的核心在于：如何操作Renishaw激光器测量系统结合线性测量 的方法进行检测.之后将检测得到的数据进行分析.最后将分析得到的数据存放到 数控系统中。这样做的目的在于一:是高机床的精度。-1 -A-/r- - .Trt.弟一早、2.1什么是螺距误差？基础知识开环和半闭环数控机床的定位精度主要取决于高精度的滚珠丝杠。但丝杠总有 定螺距误差，因此在加工过程中会造成零件的外形轮廓偏差。由上面的原因可以得知：螺距误差是指由螺距累积误差引起的常值系统性定位误差。2.2为什么要检测 螺距i吴差?根据2.1节，检测螺距误差是为了减少加工过程中造成零件的外形轮廓偏差， 即提高机

3、床的精度。2.3怎么检测螺距误差?(1)安装高精度位移检测装置。(2)编制简单的程序，在整个行程中顺序定位于一些位置点上。所选点的数 目及距离则受数控系统的限制。(3)记录运动到这些点的实际精确位置。(4)将各点处的误差标出，形成不同指令位置处的误差表。(5)多次测 量.取平均值。(6)将该表输入数控系统，数控系统将按此表进行补偿。2.4什么是增量型 误差、绝对型误差？增量型误差增量型i吴差是指：以被补偿轴上相邻两个补偿点间的误差差值为依据来进行补 偿绝对型误差绝对型是误差是指：以被补偿轴上各个补偿点的绝对误差值为依据来进行补偿 2.5螺距误差补偿的原理是什么？螺距误差补偿的基本原理就是将数控

4、机床某轴上的指令位置与高精度位置测量 系统所测得的实际位置相比较计算出在数控加工全行程上的误差分布曲线，再将误差以表格的形式输入数控系统中。这样数控系统在控制该轴的运动时.会自动考 虑到误差值，并加以补偿。采用螺距误差补偿功能应注意：螺距误差补偿功能的实现方法又有增量型和绝 对型之分。所谓补偿就是指通过特定方法对机床的控制参数进行调整，其参数调整 方法也依各数控系统不同而各有差异。弟二早、-2-认识激光干涉仪本次试验我们使用的仪器为：Remshaw激光器测量系统3.1激光干涉仪是由什么硬件组成3丄1什么是硬件？硬件：硬件就是我们看到的一堆由金属、塑料等材料堆成的被称之为 ,Renishav激光

5、干涉仪的东西(事实上，它是由一些机壳和电路板等物构成。因为 是一些看得见、摸得着的东西，又因为都是，硬的，所以被人们形象地称为，硬件。3.1.2具体硬件名称以及各自的用途是什么？、本次使用激光检测仪主要检测螺距误差，因此我们主要使用到以下的仪 器：(1) ML10激光器Remsliaw ML10 Gold Standaid 激光器-3-以上四个图案为激光罩在不同的状态下的作用A无光束射出B缩小横截面光束及目标C)最答光束及目标D)标准测量位置射出最大光来的横截面以及反射光束的探测器孔RemsliawMLlO Gold Standard 激光器：ML10是一种单频HeNe激光器，内含对输出激光束

6、稳频的电子线路及对由测 量光学镜产生的干涉条纹进行细分和计数处理。其主要作用简单概括为：发射红外线以及返收红外线供特定的软件做分析记 录相关的数据(2)三脚架-5-三脚架及云台可用来安装ML10激光器.将ML10激光器设貉在不同的高度， 并充分控制ML10激光束的准直。对于大多数机床校准设至各，建议将ML10激光 器安装在三脚架和云台上。三脚架、安装云台和ML10激光器三合一体，可为ML10光束准直提供下列调 整：高度调整水平平移调整角度偏转偏转调整角度俯仰调整其中高度调整是由图9上显示的高度曲柄控制的，水平平移是由图2上显示的 平移控制旋钮控制，角度偏转偏移是由图2上显示的旋转微调旋钮控制。

7、图2后的 两个示意图为水平平移和角度偏移的使用方法。EC10环境补偿装貉EC10环境补偿装置可以补偿激光器光束波长在气温、气压、及相对湿度影响 之下的变化。大多数机床会随着温度变化膨胀或收缩.可能导致校准发生误差，为了避免校 准误差，线性测量软件纳入一种称为热膨胀补偿或“归一化”的数学修正.应用在线 性激光读数上。软件使用膨胀系数将测量加以归一(膨胀系数需手动输入)，并 使用EC1O来测量平均机床温度。修正的目的是要评估在20 C (68 F的温度下执 行校准时应得的激光器校准结果。(4)线性测量镜组线性测量镜组可用于测量线性定位精度。线性测量镜组组件包括下列要件， 如图1所示：分光镜两个线性

8、反射镜两个光靶以助于光学准直-11 -注：当您组合一个分光镜和线性反射镜后，便成为一个线性干涉镜。(5)用于将镜组安装到机床机床上的安装组件-12 -镜组安装组件是用来将Remshaw测量镜组安装到CMM或机床上。本系统的设计可以轻易地交换不同的测量镜组.无需重新准直激光器。组件包括：三个安装杆（安装杆有M8螺丝钉可拧上底板、标准磁基或其它Remshaw装 鉛）M8适配器（可连接标准磁基或Remshaw的CMM探头）两个底板两个安装块和安装螺钉（可将光学元件连接至安装杆）镜组安装组件不包括任何可将安装的镜组夹上待测机床的元件，要这么做需视 不同的机床而异。一种通用的方式是用磁性安装块直接将钢制

9、底板或/和安装杆装上机 床。安装组件的安装杆和底板都是磁性不锈钢所制，因此可以用磁性安装块来加 以牢固。3.2激光干涉仪是由哪些软件组成3.1.2什么是软件？软件：是人们为了告诉电脑要做什么事而编写的，电脑能够理解的一串指令, 有时也叫代码、程序。3.2.2具体的软件名称以及各自的用途是什么？(1)Remsliaw LaseilO是配套Renisliaw激光器测量系统的软件，此软件的资 源管理器窗口：-13-这里面包括该仪器所有功能的配套软件.其中线性测长是我们本次研究的软 件。(2)线性测量软件-14 -下列各表列岀各种菜单选项的功能:文件 I选项/次选项功能新建自动设置 随机设置 手动设置

10、指导川户通过有关数据采集设置程序，显示II标生成，采集初始彳 和自动数据采集对话框。倘若您已在会话中定义了目标,就可以 择创建新H标或者修改既有的H标。打开会显示打开对话框，容许您在其中为上一次数据采集会话加载参?另存为会显示另存为对话框，容许您将数据用一个新文件需保存或保右 另一个目录。属性容许您输入或査看当询的数据采集会话的机床标题倍息。最近会话容许您从最近的数据采集会话列衣内选择并打开数据文件。退出退出数据采集软件。文件 选项/次选项功能新建自动设置 随机设置 手动设置指导用户通过有关数据采集设置程序，显示II标生成，采集初始彳 和自动数据采集对话框。倘若您已在会话中定义了忖标,就可以

11、择创建新H标或者修改既有的H标。打开会显示打开对话框，容许您在其中为卜.一次数据采集会话加载参2另存为会显示另心为对话框，容许您将数据用一个新文件名保或保行 另一个目录。文件 选项/次选项功能新建自动设置 随机设置 手动设置指导用户通过有关数据采集设置程序，显示II标生成，采集初始彳 和自动数据采集对话框。倘若您已在会话屮定义了 II标，就可以 择创建新目标或者修改既有的口标。打开 会显示打开对话框，容许您在其中为上一次数据采集会话加载参?选琐；次选及功能按运行编樹 按H标位淤编糾会辺示敌抓编糾对话杠.琴许您任兀屮编个Ilk按迄行或 按tl标位就所记企的恨汇值分析门功 Renishaw Las

12、erlO 析较fl 工具 选谢次选项功能W加功施/林他度转換为K线发圧 个DOS实用用序可将角质数文件转换为“线腹 故据文件运仃妆件时说闊f IMPORTANT NOTE* 顶）阳加功能/转換8（涉文件址-个DOS实用段序可从采集的敷辦中去除純率.它 也能够缩族及洽所采架的故据泠加偏協疑能/将救据文件转换为电 你格个DOS实用思张可将敌能文件从Renishaw文件恪 式转换为Lotus 123电格.该格式也能川 Microsoft Excel it取.附加劝能/坏境监控状件个DOS实用先序可星示材粗度 4淋气儿和湿 度并以电f故押;农格式记求.幼件/将数枫采块到Lotus 123 电f故恋“文

13、件选中时会加铁一个软件fflft. nTWJ J辖激光读U i 毘环境数抓筹敢现以电他磁文件辂式保毎 次救机采集娥件内采块到个C（AIH便会记求诛数数据数据 I选项/次选项功能按运行编辑 按II标位置编辑会显示数据编辑对话框，容许您在其中编辑在每一个11标按运行丄 按H标位置所记录的误差值。r/1 MStl -U 1 T V C 八 JU f /儿E*遶XI/次进fllIH支件H*弁许您宜义MO RenUhBw ftKJt件的ttUII4环境欢!r会示耳暮 吝许eXSUMCKlftB 的腋位團软醴位会y小唯位讼代炖必w.再许崔义eg交中 公H) U及用的分廉令业亦角廈讯了射碼札 泮许玄4)w入

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15、WLWfrMW文杵谀迭用介凰吓対为对话IH. WnA KUf卜flit CURSEMT RCF 文ftWM的II戒.配置选项/次选项功能数据文件目录容许您定义保存Renishaw数据文件的默认LI录。环境设置会显示环境设丸对话框，容许您定义默认的膨胀系数 以及用来显示环境参数的单位。测量单位会显示单位设置对话框，容许您定义单位类型(英制 公制)，以及用來显示激光测量值及误差值读数的分 率。/ (Arm 7ZT J、工 m -1： 2/. lA：:dll XEL Mt 4选项/次选项功能关于PC10设备会显示一个小窗口，提供关于接1设备、自动采集或:关于自动采集集软件的简短说明。K示的信息包括软

16、件版本号以及关于采集Renishaw网站的链接。帮助会单独显示个帮助窗口，兀中包含本Renishaw LaserlO校准系统丿1户手册的信息库。以下为工具栏功能：自动设置，逐步指导您完成自动目标设置、采集初始化以及自动数据采集设置 对话框并自动开始数据采集程序。会显示打开对话框.容许您在其中为先前的数据采集会话加载参数。会显示另存为对话框，容许您保存采集的数据。-18-希助 选项/次选项功能关于PC10设备会显示一个小窗口,提供关于接口设备、自动采集或采关于白动采集集软件的简如说明。显示的信息包括软件版木号以及至关于采集 ！Renishaw网站的链接.帮助会单独显示一个帮助宙【1兀中包含Ren

17、ishawLaserlO校准系统用户手册的信息库*诳言选择该选项容许您用不同的谄;f如徳讲、英讥、法涪、总 大利语、或两班牙语,來显示菜单、对话框、及状态指 示灯中的文字窗口选项/次选项功能标趣 |这些选项用J控制广曲口的排列方式,您可以将它们并丿M“平铺八成者是彼此“层叠默认的选项是“占排列图标 典“.可能要算普通悄况卜赧好的用法.定标激光器。将一个预置值应用至激光读数。在所显示的激光读数方向之间切换。在毫米及英寸间来回切换显示单位。在角度测量模式中，单位将会在度数、 毫弧度及弧秒间来回切换。在毫米及英寸间切换误差单位。在角度测量模式中，单位将会在弧秒及毫弧 度间来回切换。会显示分辨率对话框

18、，容许您在其中设置显示在小数点后的数字位数。切换平均开启/关闭功能。选择长期平均。选择短期平均。启动Remshaw Lasei 10分析软件。会显示一个帮助窗口,其中包含本Remshaw Lasei 10校准系统用户手册的信息库。结束数据采集软件。以下为软件本体上的一些功能:图1图1显示当前检测到的实际位置，其中有红色背景和灰色背景的区分，红色代 表当前检测过程-19-中激光的返回光点偏移或光源受阻挡，灰色表正常。图2主要是显示当前ML10与EC10的工作状态，并且显示了当前使用的单位标准、测量方式、数据采集的方式。图2图3主要记录检测到的实际数据并且以图形的形式显示出来。图3图4显示为当前激

19、光返回信号的强度，其实我们也可以使用此信号的显示情况 判断当前光线是否准直.即镜子的安装是否正确。-20-图4第四章、使用激光干涉仪器前应该注意什么问题？1搞清楚为什么要对光点.最终是为了什么？2.如何知道现在仪器检测到的信号强弱如何？3.对光的时候应该注意什么？是否有诀窍？4.搞清楚如何安装仪器即仪器之间的信号线和电源线之间的关系是怎么样的， 绘图说明。5.搞清楚三脚架的使用方法，四个主要的旋钮的名称是什么？各自的作用是什么？6.搞清楚什么是增量误差和什么是绝对误差，应该怎么输入到系统中。7.在检测之前应该生成一个检测程序给数控系统，这个程序应该怎么生成？8.对光的时候发现两平行线之间的光点

20、不重合并且不能试用微调适合的轴向时 应该怎么办？（提示：调镜子的方向）第五章、安装激光干涉仪5.1连接硬件部分5.1.1连接硬件时必备知识？.安装ML10 :、激光安全-切勿凝视光束根据EN60825-1以及美国标准ANSI 2136, RENISHAW ML10激光器属II级 激光，因而不需要佩戴护目镜（正常条件下人会自然地眨动眼睛并转移目光以避免 伤害）。切勿直接凝视光束或照射他人的眼睛。注视漫射光束不会造成伤害。二、 警告1.主电源导线是一根三股的电缆线。地线（接地）的电源部分需有效接地。2.零线没有熔接保险丝。将装貉接上电源时，务必留心将正确的电线连接火 线三、 接口介绍ML10的后面

21、板包括一个激光器状态灯、ON/OFF电源开关、电源连接、数据 联结插座、以及角度俯仰调整。注：请返回3.1.2观看ML10后面面板（图）激光器状态灯可表示激光器是否已达到稳定的状态。ON/OFF开关控制ML10激光器的电源输入。电源插座就在此开关旁边，可 插入提供的电源导线上压模的标准正C接头。.安装EC10、重要注意事项应先连接EC10的气温及材料温度传感器电源，再开启EC10电源。一旦 EC10检测到其中一个传感器通道尚未接通，将不会再度探测该通道。当使用少于 三个材料温度传感器时.需按照从右到左的顺序使用插座。注：请返回3.1.2第一大点的第三小点中的图三即EC10后视图二、 EC10数

22、据链接EC10机架后部有电源插座、电源开关（on/off、一个状态灯、以及数据链接电 缆插座，可将EC10装貉连接PC10或PCM20接口卡。三、 警告EC10的原厂设路应已符合您所在国家的电压及频率规格。不过，在您使用 EC10前，特别是在国外使用EC10或在非标准电源的场所使用时请先确定将电 源设定在适当的电压。请检查装鉛下部的开关设貉，如下图5所示：电压选择开关应设貉为：100伏、120伏则EC10设定为：120伏;220伏、 240伏则EC10设定为：240伏如下改变电压设定：1.确定先将电源开关关闭。1.用一枚硬币或一把大型的平头螺丝起子或类似工具将开关转到正确的设定。1打开开关。现

23、在即可安全使用装路。EC10机架后部的电源插座旁边的收放式托盘中，有一根T级保险丝管防护火 线（通电）输入。该托盘也有备用保险丝的放鉛槽。工作的保险丝放在内侧。三、 安装三脚架安装三脚架的时候要注意水平的问题，水平的调节在三只脚的调试上。每次挪 动三脚架后都必须看三脚架上的水平指示器.判断时候水平。四、 计算机接口DX10接口组件（USBDX10已取代PCM20 （PCMCIA卡，成为ML10和EC10与笔记本电脑通信的 标准接口。它同样也适用于台式机，取代了 PC10接口卡（现已停产）。DX10是 可靠的高速通信设备，可以5 kHz的速度将数据直接传输到Laseil0oDX10与Window

24、s XP、SP1和SP2兼容，但与老版本的Windows操作系统不 兼容。对于双轴数据采集，只需使用两个DX10接口，分别插入两个USB端口或一个单独的集线器上即可。DX10接口组件（USB包括：DX10 接 口（USB3米USB电缆DX10驱动程序安装光盘5.1.2连接简略图5.2启用软件5.2.1如何安装和配置软件？一、安装软件1.开启计算机，等候它在Windows中启动，然后插入CD-ROM光盘至光盘 驱动器。安装程序现在应会自动运行。若安装程序没有自动运行.请从计算机的任务栏中选择开始/运行，进入运行 对话框。单击浏览按钮，并由浏览对话框来使用安装CD-ROM光盘上的Setup.exe

25、 文件。选择Setup.exe ,然后单击打开按钮。现在，从运行对话框中选择，确定。以 开始软件安装程序。2.您现在会看到安装向导的欢迎屏幕。该向导是一组屏幕，可自动指导您逐 步完成安装程序。单击下一步.进入下一步（会出现选择目标位貉屏幕）.或取消退出安装程 序。3.选择目标位路屏幕容许您定义将在其中加载软件的目录。建议您接受 C:Piogiain FilesRemshaw LaseilO的默认值，但也可单击浏览按钮选择另一个目 录。单击下一步以进入下一步.会出现选择程序文件夹屏幕。4.选择程序文件夹屏幕容许您在程序启动菜单中选择用来储存程序启动图标的 文件夹。安装程序会自动提供默认的文件夹R

26、emsliawLaseilO,但您也可从列表中 选择另一个文件夹或输入一个新的文件夹名称。单击下一步开始安装。5.在安装过程中，您会看到一系列的进度表、消息及指示说明。6.安装结束时，会询问您是否要更新HTML帮助。若选择是，Internet Exploiei浏览器提供的HTML帮助程序会更新为使用该帮助所需的标准。因此建 议您选择是。7.最后，设貉完成屏幕会出现，询问您是否要现在重新启动计算机或稍后再启 动。选择适当的选项，单击完成退出安装程序。二、配置软件 什么是配鉛?配鉛就是一种功能，允许您输入有关系统中硬件类型以及您希望如何使用软件 的信息。_旦输入有关信息后，软件就会将它储存在_个文

27、件中，在每_次启动 软件时使用。某部分数据采集及分析程序的操作是由软件设定控制的。您可以根据需求来 配至各这些设定，如有某_设定.允许您指定程序_般用来储存采集的数据的默认目 录。要配路软件1使用数据采集软件。2从菜单栏上，选择配路。会出现配路菜单。注：选项可用与否，取决于选中的数据采集类型（如角度、线性或 直线度）。不可用的选项呈暗淡显示。可用的选项有:数据文件目录环境设路测量单位工具栏选择设备（选择PC10以及PCM20 设备驱动器）选择接口（设定PC10以及PCM20卡配至各）配鉛文件语言选择我们一般在默认安装的情况下，要将选择设备里的选项设置为当前使用设备 的型号，因为我们使用的是DX

28、10代替PC10以及PCM10所以此选项选择为： DX10默认的环境参数单位当执行了环境补偿时，您将会在一个窗口查看环境参数，或在一个对话框内将 它们输入。数所用的单位取决于为软件配鉛的单位。要更改默认值，按照下列步 骤进行：1.从配路菜单中，选择环境设鉛选项。会出现环境设路对话框。2.第一个参数，膨胀系数，可用来输入被校准的机床或对象的热膨胀系数。通常都会输入机床反馈系统的膨胀系数。例如，11.7ppm/oC(6.50ppnVF是使用钢制滚珠丝杠及园编码器反馈系统的一个典型数值。有关选择材料热膨胀系数的信息，请参阅材料热膨胀补偿一节。3.其它每一参数决定环境数值在环境设貉窗口中以哪一种单位显

29、示。要更改单位，从下拉列表中选择所需的单位。会出现一个单位列表,这些参可从列表中选择必要的选项。可用单位有：$1七玄申“*已 tn bur)ttt (mHGflHZO)导方*专1f (cnH2)默认的测量单位1 从配路菜单中，选择测量单位选项。会出现单位设路对话框。2.显示单位字段会设路大型数字读数窗口的单位。它允许您设定一般 在使用软件时喜欢使用的单位。它可以设鉛为公制(nun或英制(in,或是角度测量时所用的弧秒、度数或pni/niiiio误差单位字段允许您设鉛用来显示误差值的单位。注：当使用数据采集软件时，您可以随时来回切换显示单位，方法 是单击工具栏上的按钮或按Ctrl+U键。会有一个

30、状态灯显 示当前设鉛的单位。同样地，您可以随时来回切换误差单位，方法 是单击工具栏上的按钮或按Cul+E键。分析数据时，您可以覆盖这些首选的单位，方法是从数据分析主窗 口菜单栏选择绘制图/单位选项。3.标准小数位数选项会决定数字读数以及误差值读数的分辨率。要更改数字位数.只需从适当的公制或英制选项的下拉列表中选择所需的数字即可。每一种测量模式可用的选项如下：线性测量毫米英寸多配貉文件您可能需要超过一个配鉛文件，才能满足车间内各种机床或操作员首选项的特 殊设路。RCF文件中的配路信息是以ASCII文本格式保存，因此可用如记事本 （Windows 95或NT附带的程序）等文字编辑器来查看及打印。若您想使用您自己先前创建的文件中的一个配貉，请从菜单栏中选择配鉛/加 载配路文件。会出现打开对话框，允许您从列表中选择一个文件。语言选择