基于双频激光干涉的坐标测量机测量不确定度检定系统

　　1　引　　言

　　三坐标测量机是六十年代初出现的一种高效率的新型测量仪器。经过几十年的发展,它广泛地应用于机械制造、电子、汽车和航空航天等工业中,它可以进行零件和部件的尺寸、形状及相对位置的检测,也可以对箱体、导轨、涡轮、叶片、缸体、齿轮等形状复杂的空间形面进行精确、高效测量。它还可以用于刻线、定中心孔、光刻集成线路、对连续曲面进行扫描及制备数控机床的加工程序等。由于具备通用性强、测量范围大、精度高、性能好,能与柔性制造系统相连接,可实现在线检测及自动化测量等诸多优点,三坐标测量机作为现代大型精密仪器,已越来越显示出重要性和广阔的发展前景。

　　三坐标测量机的精度综合反映了测量结果的准确、可靠程度,是选用三坐标测量机的重要依据。因此,三坐标测量机精度的表述和检定,对于制造商和用户都至关重要。虽然目前各个国家的三坐标测量机制造商在三坐标测量机精度的评定标准、检定方法、检定工具等方面尚未达到完全统一,但都采用了不确定度的概念来表述三坐标测量机的精度,即将示值La与被测量的(约定)真值Lr之差限定在某一测量不确定度值U的范围之内,即|La-Lr|≤U。因此,三坐标测量机在各个坐标方向和空间任意方向上的长度测量不确定度是仪器验收和周期检定中最关键的检定项目。

　　2　双频激光干涉检定系统设计

　　根据被测表面的标准矢量位置和数学处理方法的不同,三坐标测量机测量不确度检定的检具可分为:

　　(1)点到点的距离检具:如块规、球板、孔板等。

        (2)点到面的距离检具:如块规、步距规等。

        (3)标准几何体检具:如三维球板、特制箱体、空间框架等。

         用点到点检具进行检定时,其长度测量误差只与坐标误差相关,要提高检定精度,就必须提高端点坐标精度。

　　用点到面检具进行检定时,其长度测量误差除与坐标误差相关外,还必须考虑找到误差的影响。进行单轴精度检定时,通常采用机械方法找正,其找正误差可忽略不计。但由于块规、步距规等本身精度的限制,此类检具一般只适用于在计量室环境下检定生产型或一般精度的计量型三坐标测量机。

　　标准几何体检具,由于检具本身难以精确制造,也难以精确检定,标准几何体检具制造成本也十分昂贵,故这种方法目前很少采用。双频激光干涉仪以激光波长作为长度测量基准,线性精度可达0.1μm,是目前精度最高的长度测量仪器。双频激光干涉仪由于具有稳定性好、可测范围大、抗干扰能力强、分辨率高等优点,因此可作为高精度坐标测量机最理想的检定工具。为此,本文设计了基于双频激光干涉的坐标测量机单轴及空间长度测量的测量不确定度检定系统。图1是以双频激光干涉仪作为基准的三坐标测量机测量不确定度检定系统的工作原理图。