Системы контроля точности станков

Термин LASER (лазер) – сокращение от Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (усиление света посредством вынужденного излучения). Лазер — устройство, преобразующее энергию накачки в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения. Когерентный источник света идеально подходит для измерений, так как он позволяет сравнивать фазы для определения расстояния. Он также обеспечивает узкий, не расходящийся пучок, который имеет один и тот же уровень энергии на больших расстояниях, что позволяет обнаруживать смещения пучка.

Интерферометр — это гелий-неоновый лазер, работающий на частоте около 473 ТГц, которая соответствует длине волны в 0,6329 мкм (микрон) или 25,1 микродюймов. Длина волны лазерного излучения используется в качестве линейного масштаба. Эта система позволяет достигать линейных измерений расстояния с точностью до долей длины волны.

Лазер идеально подходит для проведения измерений, требующих высокой точности. Линейные измерения, базирующиеся на лазере, используют метод интерферометрии. Важная особенность интерферометрии – это то, что измеряется только перемещение из начальной точки, а не абсолютное положение. Точность лазерной измерительной системы основана на точности длины волны света, испускаемой лазером. В шкале используются доли (½, ¼ , ⅛ и т.д.) от длины волны (λ) лазерного излучения (т.е. λ = 632,9 нм). Метод, используемый для измерения линейных расстояний, заключается в сравнении разности фаз между сигналом, прошедшим измеряемое расстояние, и опорным сигналом и подсчете фазовых переходов. При использовании этого метода для измерения дистанции легко может быть достигнута точность порядка миллионных долей (ppm).

Методы, применяемые в лазерных системах, использующие принципы интерферометрии:

Обычно используют три различных метода для проведения различных видов измерений:

• метод лазерного интерферометра для измерения линейных перемещений
• позиционно-чувствительный диод (датчик) для измерения прямолинейности, тангажа и рысканья
•  электронные уровни для измерения угла крена

Система XD Laser

Система XD Laser — лазерная измерительная система для контроля точности работы станков и КИМ, а также для решения задач, требующих высокую точность измерений, управляемая внешним компьютером через специальное программное обеспечение. Измерения, полученные с помощью системы XD Laser, служат основанием для оценки рабочих характеристик станка и соответствия их с установленными техническими требованиями. Данная информация может также использоваться для повторной калибровки оборудования, исследования технологического процесса, и анализа влияния окружающей среды на работу системы. С помощью системы XD Laser производится тщательная оценка точности любого оборудования с управлением линейного перемещения, например, механических станков с ЧПУ, координатно-измерительных машин (КИМ), координатных столов и любого другого оборудования с одной или более осью перемещения.

В состав систем XD Laser входят модели: XD-1D LS, XD-3D LS, XD-5D LS и XD-6D LS. Система XD-1D разработана только для проведения измерений линейного перемещения. Система XD-3D одновременно производит измерение трех параметров: линейное перемещение, отклонение от прямолинейности в горизонтальной плоскости и отклонение от прямолинейности в вертикальной плоскости. С помощью системы XD-5D возможно одновременно измерять 5 параметров: линейное перемещение, отклонение от прямолинейности в горизонтальной плоскости, отклонение от прямолинейности в вертикальной плоскости, угол рысканья и угол подачи. Система XD-6D разработана для проведения измерений 6 параметров одновременно: линейное перемещение, отклонение от прямолинейности в горизонтальной плоскости, отклонение от прямолинейности в вертикальной плоскости, угол рысканья, угол подачи и угол качения.

Основными модулями системы являются:

• лазерная головка, в которой находятся интерферометр, блок управления лазером и интерфейс передачи данных
• блок питания
• блок компенсации
• относительный уровень для модели XD-6D
• 5/6-D датчик с приемо-передатчиком (или сферический уголковый отражатель для моделей XD-1D и XD-3D)
• прецизионное поворотное зеркало.

Лазерная головка, источник лазерного луча, используется в измерении пяти из шести параметров. Оставшийся параметр (угол качения) измеряется при помощи двух электронных уровней, относительного уровня и измеряемого уровня, который встроен в 6-D датчик. Интерферометр установлен непосредственно внутри лазерной головки, а блок питания обеспечивает источник лазера необходимой мощностью. 6-D датчик состоит из: отражателя, использующегося с интерферометром для измерения точности линейного перемещения; высокоточного электронного уровня (измеряемого уровня) для измерения угла качения; чувствительной оптики для определения угловых параметров (угол подачи и угол рысканья) и отклонения от прямолинейности во время процесса измерения.

При измерении линейного перемещения луч, выходящий из одной апертуры интерферометра, должен пройти траекторию вдоль измеряемой оси и вернуться во вторую апертуру интерферометра. И если требуется произвести измерение только линейного перемещения, то это можно выполнить с помощью сферического уголкового отражателя. При измерении углов поворота и отклонения от прямолинейности для отражения луча требуется 5/6-D датчик. При измерении параметров обычного станка отражатель или 5/6-D датчик устанавливается на шпиндель.

Блок компенсации с температурными датчиками отправляет данные температуры материала, температуры воздуха, атмосферного давления и влажности на компьютер для внесения поправок в измерения и увеличения точности результатов.

Прецизионное поворотное зеркало необходимо для отражения лазерного луча вдоль какой-либо траектории при измерении параметров нескольких осей. Данной траекторией может оказаться другая ось или диагональ к одной из осей.