基于激光跟踪仪实现数控机床几何误差的快速高精度检测

李金川

（襄阳市航宇救生装备有限公司，湖北 襄阳 441000）

众所周知，任何高精度的加工设备，当使用期限达到一定程度之后，加工设备的加工精度会受到大范围的影响。而造成这些影响的主要来源，既有机器老化自身因素，也有人为因素。随着我国现代化制造业越发快速的发展，加工的订单也在不断地增多，为了适应当前发展，就会对所使用的加工设备在进行检测时候的整体需求提出严格要求，并且由于之前的检测手段老旧，已经无法对现代化工业的检测需求给予满足。当前，笛卡尔三坐标测量记录和现场测量夹具，它们都是用来对机床当中的几何精确程度进行测量的。但，因为笛卡尔三坐标地方测量机三根导轨在安装的时候，对地域的环境要求极高，所以就对其量产造成了很大影响，并且最终得出的测量效率，整体来说也不是很精准，不能进行大规模测试，对于一些高频次故障的发生会显得束手无策。尤其要注意的是，它并不能进行现场实地勘测。所以，要怎么样才能够更有效、精确化的将这一存在的问题用适当的方式解决，这正是现阶段需要研讨。激光跟踪测量系统作为一种全新的三维测量系统，当前已经在现代工业当中被广泛运用，发挥着作用。

1 激光跟踪仪校准技术

1.1 激光跟踪仪针对误差的分析

所谓的测量列，指的就是在同一时间对同种量值进行多次推敲测量的情况下，就会得到一个系统且有规律性的不同测量值。任何一个测量值当中，误差不可能被尽数消除，都会或多或少存在一些。这些误差的出现伴随着极大的随意性，也就是说，前一个误差的出现之后，根本就无法对下一个误差出现的时间进行有效预测。随机性误差也是由于众多现阶段并没有完全掌握的微小因素所造成的。

激光跟踪仪测量装置方面的因素多种多样，具体包括，零部件在进行配合之间的松动不稳定性，零部件长时间的磨损程度等等。至于环境方面的因素，主要指的是环境温度、气压的变化、地基的不稳定性等等。人员方面所指的就是测量人员在进行测量的时候，读数的不精确等。

系统所产生的误差是一些按确定规律变化，以及固定不变的因素所引起的，虽然产生了这些误差，但是依旧可以被人为地掌控处理。这些误差具体包括，针对激光跟踪仪零部件的安装使用方式的不正确，垂直轴和水平轴没有按照预期进行正交。跟踪镜没有通过水平和垂直轴的交点，当激光和垂直轴进行正交的时候，垂直度盘的指示光栅以及垂直轴的不平行，这些都是激光跟踪仪在设计上所存在的弊端。测量阶段的实际温度对标准温度的偏差，以及测量过程当中的温度、湿度等都按照对应规律变化的误差，所采取的也是近似的测量方式以及计算公式所引发的误差。

1.2 激光跟踪仪的校准

激光跟踪仪的校准本身就具备两点校准法，双面测量法。可以根据现阶段所能够创造的条件，采用和高精度型的（2.7μm）三坐标测量记录（CMM）来逐渐进行对比，完成最终的校准工作。而具体的方式则是将CMM分别作出X/Y/Z的轴向运动。反射镜则将其放置在测头上并固定好，但是对激光跟踪仪进行安装的时候，要将其安装在距离CMM的工作台上，其间要保持至少5米的距离。CMM可以提供标准长度，而激光跟踪仪的具体职责就是要将实际测量所得出的数值呈现出来，在经过对比进行精确计算之后，自然就能找到不同位置之间的距离误差。

为了对LTS的激光干涉仪所得到的具体的测量长度进行有效检验，在进行检测期间，必须要把LTS放置在CMM的X轴的延长线上面至于CMM，要沿着X轴进行100mm的轴向运作，步数间距为100nn，跟踪头要沿着光轴向跟踪SMP，对各项坐标进行采集，经过最终计算得出正确的长度误差。通过实验可以证明，由误差所产生的最大长度具体是14.9μm，比起仪器自带的出场精度仅仅高出了一点。为了对LTS的方位角度进行有效检测，令CMM可以沿着X轴向运动1000mm，且能够将步距同样维持在100mm。

2 机床检测

针对某些大型机床，当需要进行现场检测时候，可以利用激光跟踪仪。而检测机床误差的主要方式又分为单项误差测量和综合性误差测量。所谓单项误差测量，指的是对各项误差分量的具体检测。至于综合性误差，指的就是对机床作圆插补运动时候的轮廓精确度的有效检测。通常情况下，单项误差比起综合来说更具优势，其优势特点主要表现在测量的精确把握度上。

在对该卧式车床进行测量之前，先要将激光追踪仪根据实际场地的需要，安装到指定位置。具体要求是，尽可能将装置安装在四周通风，环境较好、没有干扰的位置上。通过对内部设置的电子水平仪，能将激光跟踪仪调整到适合的位置。之后，要想最大化地将激光跟踪仪的系统随机误差减小，就必须要对激光跟踪仪的定点误差给予一定补偿，从而最大化的提升机床的测量精确程度。本次对机床的检测，激光跟踪仪的摆放位置要始终与车床保持3m，并且要仪器上的各种连接线路进行准确检测。为了就是要保证打开仪器后能够直接进行定点补偿，在补偿完成之后，不要忘了设置测量模式。

让机床溜板箱工作台按照事先预定好的，以此沿着X轴不断加以运动，也要沿着Y轴运动。要在车床溜板箱工作平台上将靶镜固定到位，并且对车床提供通过测试所得出的具体长度。利用激光跟踪仪将各点的空间位置逐一测出，并将其整理拟合成直线。用CAM2rneasure软件功能得出隔断直线的水平面直线度。车床溜板工作台要沿着X轴不断向进给距离600mm，步距要保持在6mm，激光跟踪仪在IFM的测量模式下对数据进行采集，再将所采集到的数据拟合成直线，利用软件将方向上的水平面直线度测量出来，然后进行数据处理，最终得出的便是不同距离下的直线度误差曲线。

通过计算能得出，在IFM测量模式下，工作台最大行程水平面直线的具体长度是0.0714mm。而在600mm行程当中，最大的水平直线度应该是0.0654mm。可将其与车床设计说明书上的误差进行进一步对比分析，机床工作台在X轴方向上的时候，直线度不能对所使用的加工精确要求进行充分满足。由此得到，针对Y轴，当对其检测的时候，其结果的精度必须要满足相关使用要求。

总之，通过利用激光跟踪仪能够对现场大型机床设备加以检测，通过检测的结果可得知，当车床刀具工作台在X轴进给方向直线并不能对其要求进行满足的情况下，就需要根据需要再次做出适当的调整。在Y轴也就是所谓的床身导轨上，当直线度能够对使用要求进行满足的情况下，这个时候也就没有再调整的必要了。激光跟踪仪不但能够满足现场机床在短时间内进行精确的快速检测，并且也可以对一些大型不方便移动的夹具以及生产线做进一步的测量。