激光测试技术下数控机床误差识别与补偿的探究

摘 要：为提高数控机床精度，误差补偿方法得到了广泛的应用。而使用激光测试技术进行机床误差识别和补偿，则能完成各种误差的有效识别，从而使机床的精度得到有效提高。基于这种认识，本文对激光测试技术进行介绍，然后对该技术下的数控机床误差识别与补偿问题展开了探究，以期为关注这一话题的人们提供参考。

关键词：激光测试技术；数控机床误差；识别；补偿

引言：在应用数控机床进行机械零件加工的过程中，机床自身误差将对加工精度产生较大影响。为解决这一问题，各种误差补偿方法逐渐被人们提出。而应用激光测试技术实现误差补偿，则能使数控加工精度得到显著提高。因此，相关人员还应加强该种误差补偿方法的研究，以便更好的促进数控加工行业的发展。

1激光测试技术原理

所谓的激光测试技术，实际就是应用激光干涉仪进行位置测量的一种技术。应用该技术，其实就是利用光的干涉原理和多普勒效应，能够通过检测频差完成位置的测量。在实际测量时，可以利用激光器进行两束振幅相同但频率不同的左右圆偏振光的发射。而经过λ/4片后，这些偏振光就会转变为振动方向垂直的线偏振光。利用分光器，则能完成部分光束的反射。反射的光束经过检偏器，则可以形成两个频率的信号。在接收器完成信号接收后，另一部分光束会通过分光器进入偏振分光器。其中，与分光面平行的光束会完全通过，并到达可动反射镜。而由反射镜发射回的光束会经过偏振分光器，然后与分光面汇合。经过转向棱镜的偏振器，则会被接收器接收。将测量得到的信号与参考信号相比较，则能够得到多普率频差，然后进行位置计算。

2激光测试技术下数控机床误差识别与补偿

2.1数控机床运动分析

应用激光测试技术进行数控机床运动误差的测量，还应将机床假设为刚体模型，以简化其运动分析过程。结合数控机床实际工作特点，可知机床由封闭运动链构成，在切削点有两个开环。而数控机床的机座需要分别在两个环的末端进行刀具和工件的支撑，所以可以利用多刚体间位姿关系表示刀具相对工件的运动[1]。假设运动空间内有两组刚体，并且每个刚体上有一个基点，还要进行各基点坐标系的设置，然后利用参考坐标系进行各坐标系间位姿转换关系矩阵的求取，从而完成两个刚体的位姿关系分析。

2.2机床运动误差建模

在实际进行机床运动误差分析时，还应明确机床组件运动误差由杆件本身形状尺寸误差和运动副误差和构成。利用奇次坐标的转动变换和平移变换，则可以进行这两种误差的表示。假设误差产生的运动为无限小的转动及平动，则可以进行误差的线性叠加。在两个误差的坐标系间，存在T这一理想转换矩阵，相应的误差运动则为WT，所以实际运动误差矩阵Tα=T+WT。沿着x，y，z轴的平动误差可分别设为Wx，Wy，Wz，刀具切削点在工件坐标系为Tw=（xw，yw，zw，1）T，则切削点误差矢量为△W=（△Wx，△Wy，△Wz，1）T。

2.3机床运动误差识别

在实际进行数控机床运动误差识别时，还应先明确影响机床运动精度的几何误差参数的组成。以三轴数控机床为例，影响其运动精度的几何误差参数多达21项，如y轴对x轴的垂直度误差等。利用激光测试技术，可以完成绝大多数误差的直接测量。在这些误差中，在其它誤差参数已知的条件下，对角线坐标误差△y和△z将随着水平轴和垂直轴的误差参数变化而变化。在yz平面内沿着直线测量，则能够得到该平面内保持有适当间距的两条平行对角线的位移误差。采取该种方法，也能完成其他误差的测量，如直线度误差、位移误差和转动误差等。在实际测量时，需要利用三脚架支撑设备的光源，并在预热20min后进行光源对正，以确保光路与测量运动轴保持平行[2]。在此基础上，需进行反射镜和干涉镜的安装，然后使机床归零，并完成数据采集点坐标和运动循环次数的设置，设备就可以自行完成误差测量。

2.4机床运动误差补偿

完成误差识别后，可以利用“华中I型”数控系统的三轴立式加工中心进行误差补偿试验。而利用激光测试技术识别的误差会以文件形式存入计算机，所以可以直接利用计算机控制系统进行误差模型计算编程子程序的调用，从而进行各运动轴在目标点误差的预报。在这一过程中，系统会进行插补运算，即每8ms进行一次中断，然后利用子程序进行控制指令修正，并利用修正得到的指令进行机床各个驱动轴的同时控制，继而实现运动误差的联动补偿[3]。从试验结果来看，采用激光测试技术进行数控机床误差识别和补偿，能够改善机床圆周运动轨迹的不圆度，并且提高机床运动倾斜直线的位移精度。此外，系统的误差的70%能够得到减小，因此使用该方法能够获得显著的运动误差补偿效果。

结论：通过研究可以发现，使用激光测试技术进行数控机床误差识别，能够利用对角线位移测量方法使机床误差测量问题得到解决，并且完成全部参数误差的测量。而使用该技术进行机床运动误差补偿，则能使机床的加工精度得到有效提高，并且通过刷新误差参数表再现机床精度。因此，相信本文对激光测试技术下数控机床误差识别与补偿方法展开的研究，可以为相关工作的开展带来启示。

参考文献

[1]朱嘉，李醒飞，谭文斌等.基于激光干涉仪的测量机几何误差检定技术[J].机械工程学报，2010，10：25-30.

[2]孙克，沈兴全.激光干涉仪在数控机床几何误差检测与识别技术中的应用[J].现代制造工程，2010，01：100-103.

[3]杨拴强，沈振辉.数控机床空间几何误差识别与检测[J].价值工程，2013，31：34-36.

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