激光干涉仪MCV-5000系列应用案例

有关MCV-5000系列应用的几个实例

对于大型机床，停机的成本是很高的。美国Optodyne公司设计的太空激光测量系统MCV-5000可以将测量时间从原来的几天减少到几个小时。下面举几个案例来说明该系统在一台机床上来完成测量所需要的实际时间：

一、大型龙门机床X轴误差的测量

我们已经测量了一台大型龙门机床的直线位移误差、上下角偏以及左右角偏：在X轴总的行程是530英吋或13.25米，我们使用的仪器是MCV-5002太空激光测量系统。测量时间：包括设置、校准、数据采集以及数据分析，总共不到一小时。如使用常规的激光干涉仪，要完成同样的测量可能至少需要一天时间。

1、将1号及2号激光头用磁座分别安置在机床的主机和辅机各一边。然后两激光束都调准到指向在X轴方向，分开距离200英吋(5米)。设置和调准时间是10分钟。

2、机器以200英吋/分的进给率沿X轴从0位移动到530英吋，然后再回到0位，每一步进5英吋停顿4秒钟。使用LDDM数据采集软件，激光测量数据可自动记录。数据采集时间总共是22分钟。

3、将2号激光头以与1号激光头相同的Y座标位置、但分开的垂直距离30英吋(0.75米)从辅机一边向主机一边移动。2号激光头调准到指向在X轴方向，设置和调整时间是5分钟。

4、机器以200英吋/分的进给率沿X轴从0位移动到530英吋，然后再回到0位，没有停顿。使用LDDM数据采集软件，激光测量数据可动态记录。数据采集时间总共是6分钟。

5、采集的数据通过LDDM数据分析软件处理后得到双方向的位移误差、上下角偏、水平直线度、左右角偏以及垂直直线度，数据分析时间总共5分钟。

6、测量所需时间，包括数据分析及绘图，总共是43分钟或不到一小时。

二、空间定位误差的测量

我们用激光矢量技术测量了空间定位误差。空间定位误差包括了3个位移误差、6个直线度误差及3个垂直度误差。机床的工作体积是48英吋X96英吋X60英吋(或1.2米X2.4米X1.5米)。使用的仪器是MCV-5002太空激光测量系统。整个测量时间不到两个小时。而做同样的测量，常规的激光干涉仪可能需要两天以上的时间。

1、将激光头安置在机床的角上(0、0、0)，激光束指向对角位置(48、96、60)。机器在两个角(0、0、0)与(48、96、60)之间移动来调准激光束。平面镜盖上放一磁性标靶，使激光束对在靶中心。在两个角上都对中心后，将4英吋X6英吋平面镜的盖子拿走，平面镜调整到垂直于激光束。检查两个角之间激光信号的强度。激光设置及调准的时间是8分钟。

2、零件程序是由LDDM软件产生并下载到控制器。该零件程序是机器连续从(0、0、0)走到(48、96、60)，X走0.75英吋，停4秒;Y走1.5英吋，停4秒;Z走0.9375英吋，停4秒。一直走到对角。产生零件程序及下载到控制器的时间是4分钟。

3、机器按连续零件程序移动得到的数据由LDDM软件自动采集并存储在笔记本电脑中。数据采集时间是17分钟。

4、重复一、二和三步从(48、0、0)到(0、96、60);从(0、96、0)到(48、0、60);从(48、96、0)到(0、0、60)。总共时间是(8+4+17)*3=87分钟。

5、数据通过LDDM数据分析软件处理后得到X轴、Y轴及Z轴的位移误差、垂直直线度误差、水平直线度误差以及垂直度误差，如图Ⅱ-1到Ⅱ-3所示。数据分析及绘图的时间是5分钟。

6、空间测量所需时间，包括连续4步对角线测量、数据分析及结果绘图，总共是2小时。

三、轴机床旋转C轴的测量

我们测量了五轴机床旋转C轴的角误差，包括了3个双方向从0到360度的操作。所用的仪器是具有测量转动五轴能力MCV-5003太空激光测量系统。包括设置、调准、数据采集以及数据分析在内的测量时间不到一小时。比起常规的激光干涉仪及检索表要快得多。

1、将两个激光头被安置在LD-79平台上。两激光束调准到相互平行并分开距离1.1英吋。带有两个激光头的平台被安装在主轴上，一个小的马达驱动的转台被安置在旋转C轴上。马达驱动转台的转动中心调整到与C轴的旋转中心一致。两激光束调准到垂直于C轴的旋转轴，两返回光束进入到各自相应的孔径。设置及调准的时间是20分钟。

2、旋转C轴以每次转10度停5秒钟从0度旋转到360度，然后再逐步回到0度。上述旋转重复3次。马达驱动转台由程序控制与C轴相反方向旋转，也是转10度停5秒钟。LDDM软件自动采集C轴及转台每一步的角度数据。数据采集及3次10度一步的双向操作，总共是36分钟。

3、数据通过LDDM数据分析软件计算后得到的角度误差如图Ⅲ-1所示。数据分析及结果绘图时间是4分钟。

4、总共测量时间，包括设置、数据采集、数据分析以及结果绘图是60分钟。

四、圆形循圆的测量

我们以200英吋/分(5000毫米/分)的进给率测量了4英吋(100mm)直径的圆形轨迹。所用的仪器是具有动态分析能力的MCV- 5004太空激光测量系统。测量所需时间小于13分钟。如要增加不同直径的测量，不需要另外设置及校准，只需要改变零件程序即可。每增加一个不同直径的测量，所需时间是5分钟。特别是要测量几个不同半径或小半径圆形轨迹时，比用伸缩球杆仪，速度要快得多。

1、将两个平面镜(LD-71)相互垂直地安置在主轴上。将两激光头安置在机床上，两激光束指向X轴和Y轴方向。两个平面镜调准到垂直于激光束，返回的光束回到各自的孔径。设置及调准的时间是5分钟。

2、主轴移动时使两激光束指向各自的平面镜中心。主轴按程序操作在顺时针方向走几圈(5-10圈)4英吋(100mm)直径的连续圆形轨迹，然后在反时针方向重复做相同动作。进给率设定在200英吋/分(5000毫米/分)。LDDM软件设定在125Hz的数据速率采集数据。数据是在顺时针和反时针方向作圆形轨迹运动时采集的。数据采集时间是2分钟。

3、数据通过LDDM数据分析软件处理后得到数字数据文件。四个数字数据文件，即顺时针方向X轴，顺时针方向Y轴，反时针方向X轴以及反时针方向Y轴,合成后可计算出圆形轨迹误差。结果可以polar或线性格式，或转换到PolarCheck软件的单线格式以做机床误差的诊断。对于每个数据，位移、速度或进给率、加速度/减速度都可以计算出来并绘成图表。数据分析时间是5分钟。

4、总共圆形轮轨迹量所需时间是12分钟。

五、非圆循圆的测量

我们测量了一个非圆的、带有半圆、45度和135度线条以及垂直及水平直线的菱形轨迹，所用的仪器是具有动态分析能力的MCV-5004太空激光测量系统。测量总共所需时间小于30分钟。

1、将两个平面镜(LD-71)相互垂直地安置在主轴上。两激光头安置在机床上，两激光束指向X轴和Y轴方向。两个平面镜调准到垂直于激光束，返回的光束回到各自的孔径。设置及调准的时间是5分钟。

2、主轴移动时使两激光束指向各自的平面镜中心。主轴按程序操作在顺时针方向走几圈(5-10圈)连续非圆菱形轨迹，如图Ⅴ-1所示。采用了两种进给率：一个很慢，10英吋/分(250毫米/分);另一个非常快，100英吋/分(2500毫米/分)。LDDM软件设定在30Hz的数据速率采集低进给率的数据，而以250Hz的数据速率采集高进给率的数据。数据采集时间是2分钟。

3、数据通过LDDM数据分析软件处理后得到位移、速度和加速度。数据分析时间是20分钟。

4、测量时间：包括设置、数据分析及结果绘图，总共30分钟。