基于5m激光丝杠动态检测仪的误差补偿技术

　　0　引言

　　随着社会经济的迅猛发展,对机械精度提出了更高的要求,机械制造已经逐步朝精密化的方向发展,那种仅仅依靠提高母机或检测设备的制造精度的方法已经无法满足要求。误差补偿技术ECT ( errorcompensation technique)是随着精密工程发展水平的不断提高而出现并发展起来的一门新兴技术,它在精密仪器领域有着非常广泛的应用。精密仪器的误差补偿技术表现在实际中主要有误差分离技术、误差修正技术、误差抑制技术三种形式。考虑到三种误差补偿形的各自局限性和工程实际中的实效要求,如何在精密仪器设计和使用中合理、有效地应用误差补偿技术就显得十分重要。下面以5 m激光丝杠动态检测仪为例来探讨其在工程实践应用情况和应该注意的问题。

　　1　5 m激光丝杠动态检测仪的原理

　　HJY012的5 m激光丝杠动态检测仪采用HP激光器和RENISHAW圆光栅盘作为主要测量器件,其组成如图1所示。测量时电机经过机械传动装置驱动主轴,圆光栅盘安装于传动主轴上,测量时由拨盘带动被测丝杠和圆光栅同步转动,丝杠旋转时带动头和螺母小车沿导轨做轴向运动。此时,安装在螺母小车上的移动测量靶镜反射激光与固定棱镜反射的激光在交会处发生干涉,产生明暗相间的干涉条纹,由安装在发生干涉处的光敏二极管感测,来输出反映螺母小车真实位移量的S,则丝杠螺旋线误差为:

　　式中:L为被测丝杠导程;θ为圆光栅同步转过的角度。

　　2　检测仪采用的误差补偿方法

　　2.1　激光信号的误差补偿

　　激光波长会随着测量环境中温度、湿度、气压等环境参数的变化而变化。这对采用以波长为基准来进行测量的激光干涉仪而言是十分不利的,尤其在耗时较长的长丝杠测量过程中,这些环境参数的影响更是不可忽略的。方案论证中有两种解决途径:一是建立恒温、恒压测量室;二是利用误差补偿模型,进行波长的误差补偿。显然,采用第二种方法可以降低成本。但实践证实该方法效果并不理想,主要因为激光受大气湍流发生漂移、温度传感器滞后性及温度采集点不易有效、合理布置的影响。后来改用第一种方法并在工作台上安装屏蔽罩后效果较好。

　　式中:ΔC_p=0.358(P-720)×10^-6;ΔCf=-0.056(F-10)×10^-6;ΔCt=-0.881(T-20)×10^-6;ΔC_p、ΔC_f、ΔC_t分别为实际测试环境下激光波长相对于标准状态(即气压P为720mm汞柱;湿度F为10 g/m³;温度为20℃)的气压、湿度、温度的变化率;λ实、λ0分别为激光在实际测量中和标准状态下的波长。

　　2.2　丝杠热伸长量的误差补偿