激光干涉仪如何测量五轴机床的垂直度误差

激光干涉仪在数控机床测量的应用球的竞争和质量标准的要求，对机床提出了更高的定位精度、更小的公差及更高的进给率。

为了达到这些要求并生产出高品质高精度的零件，必须要测量机床的三维体积定位精度。

二十年前，机床的最大定位误差为丝杆的螺距误差及丝杆的热膨胀误差。

但现在上述的大部份误差已被大幅度降低，机床的主要误差转而变成垂直度误差和直线度误差。

为了达到高的机床三维空间定位精度，机床上所有的 3 个位移误差、6 个直线度误差和 3 个垂直度误差都必须得到测量与补偿。

用传统的激光干涉仪来测量直线度和垂直度误差是较困难并费时费钱的。

通常需要停机数日并要求有经验的行家来进行测量。

美国光动公司（Optodyne, Inc. ）已为机床三维体积定位误差测量开发了一种新的、突破性的激光矢量测量技术（美国专利6,519,043, 2/11/2003 ）。

这种测量方法仅需数小时就可以完成而不是传统激光干涉仪的几天。

因此，三维体积定位误差测量和补偿变得实用，并可达到更高的精度和更小的公差。

意大利的一家公司JOBS S.P.A. 自八十年代以来一直在制造三轴和五轴高速线性马达驱动的标准机床。

二年前JOBS 用光动公司专利许可的激光多普勒干涉仪（LDDM ）取代了传统的激光校准设备。

结合三维体积定位误差测量技术，或者结合光动公司发明的分步对角线测量技术，LDDM 使JOBS 很容易地做到精确的测量，并可以在生产运作发生危机前就察觉到问题。

如果零件不合格，就将直接影响装配和电气部门的生产。

而如果零件加工不能满足规定的公差，则要花更多时间来装配以保证机床能做到加工精度的技术指标。

用光动公司的三维体积激光校准设备，JOBS 公司花很少时间，几次测量就得到了更完整的数据。

使得JOBS 公司很清楚地了解机床的误差，便及时地校准这些误差，因而以更有竞争性的质量和价格交付用户。

分步对角线测量方法使用4 条相同的对角线设置，采集了12 组数据。

激光干涉仪在机床精度检测中的应用
激光干涉仪通过测量光的干涉现象来实现精密测量。

它利用激光的特性，通过将激光
分成两束，一束作为参考光束，另一束经过机床的运动系统后作为测量光束。

当两束光重
新合成时，会产生干涉现象，干涉条纹的变化可以反映出机床运动系统的变化。

1. 机床运动误差的检测：激光干涉仪可以实时测量机床的运动误差，例如位置误差、直线度、圆度等。

通过与已知精度的参考标准进行比对，可以评估机床的运动系统是否达
到要求，并及时发现和纠正问题。

2. 机床加工误差的检测：机床在加工过程中，由于刀具磨损、工件变形等原因，会
产生加工误差。

激光干涉仪可以实时监测和记录加工过程中的加工误差，通过分析和比对
测量数据，可以评估机床的加工精度，提高加工质量。

3. 机床刚度的检测：机床的刚度是衡量其抗变形性能的重要指标。

激光干涉仪可以
通过测量机床的刚度进行评估，例如测量机床在不同负载下的变形量，从而评估机床的刚
度性能，为优化机床结构提供参考。

4. 机床热变形的检测：机床在工作过程中会受到热变形的影响，影响其加工精度和
稳定性。

激光干涉仪可以通过测量机床的热变形量，了解机床的热稳定性，并配合温度传
感器等设备，实时监测和控制机床的温度变化，提高机床的热稳定性。

激光干涉仪在机床精度检测中具有重要的应用价值。

通过实时监测和测量，可以提供
高精度和可靠的数据，帮助机床生产厂家和用户评估机床的精度和稳定性，优化机床结构
和加工过程，提高机床的加工质量和生产效率。

激光干涉仪在机床定位精度测量中的误差分析摘要: 使用( renishaw ) 激光干涉仪对一台立式铣床的定位精度进行了测量。

在启用和关闭机床环境补偿系统的条件下, 得出了两组相差较大的实验数据。

通过对激光干涉仪在测量中的误差进行分析, 找出了定位精度变化的原因和相关数据的变化范围。

由于数控机床热变形的不稳定性和测量方法的多样性, 到现在为止, 国内还没有统一的检验通则用来评定机床的热误差大小。

目前, 用来评定机床性能的主要依据之一是机床轴线的定位精度和重复定位精度的大小。

能够用于检测数控机床几何误差的检测方法有很多:一维球列测量法、球柄仪测量法和激光干涉仪测量法等。

但在生产实践中, 考虑到检测设备对测量精度、稳定性以及通用性等要求, 国内外生产厂家都采用激光干涉仪测量法来评定数控机床的轴线定位精度大小。

在使用激光干涉仪进行线性定位误差测量时, 分光镜或反射镜之一保持静止, 另一个光学元件沿着线性轴线运动。

图1中, 分光镜静止不动, 反射镜沿着预定的方向运动。

误差分析激光干涉仪是一种高精度的计量仪器, 自身的精度很高, 但在使用时会受到环境、安装条件、机床温度和线膨胀系数不准确等诸多因素的影响, 从而降低了测量精度。

激光干涉仪在机床定位精度测量中的误差包括激光干涉仪的极限误差e1、安装误差e2 和温度误差e3 用激光干涉仪实现高精度定位主轴头和控制系统补偿的位置误差方面, 大型加工中心的定位精度要求为数百分之一毫米。

采用ML10激光干涉仪就能达到要求。

航空工程工业加工大型整体部件和大型轻合金模具都需要X轴和Y轴行程达数米的加工中心。

平面度、角度和位置精度测量ML10提供的测量范围完全能满足各种不同要求:可以测量导轨的垂直度和水平平直度,主轴头的定位精度,正交轴的角度和回转轴的定位精度。

激光干涉仪便可自动测量主轴头的位置偏差。

ML10是测量大型加工中心平直度与定位精度最好且精度最高的测量装置。

用激光干涉仪测量数控机床主轴误差新法从激光干涉仪检验的内容来看，从最初的单独测量机床各轴的位移精度，扩展到分别测量定位精度、直线度、平行度、垂直度等，再到现在使用分布体对角线测量法测量机床的三维整体性能。

激光干涉仪在机床精度检测中的应用一、激光干涉仪的原理及特点激光干涉仪是一种通过激光光束的干涉现象来测量长度、角度、位移等物理量的仪器。

其原理是利用激光器发射出的一束平行光束，经分束器分成两束光，分别射向被测量的表面，当两束光线并行射向被测表面时，其中一束光线通过反射或透射产生光程差，再经干涉，使两束光合成发生干涉条纹。

通过干涉条纹的形成和移动来测量被测量器件的长度、角度、位移等信息。

激光干涉仪具有高精度、非接触、快速测量、适用于不同材料和形状的表面等优点。

激光干涉仪在机床精度检测中得到了广泛的应用。

1. 几何误差检测在机床的使用过程中，由于零部件的磨损、变形以及装配误差等原因，会导致机床发生几何误差，进而影响加工精度。

激光干涉仪可以通过测量机床各部位的位移和形态变化，实时监测机床的几何误差，准确地识别机床的变形情况，以及对机床进行实时调整和修正，保证机床的加工精度。

2. 运动精度检测机床在加工过程中是需要进行各种轴向或者回转的运动，而这些运动需要保证其稳定性和精度。

激光干涉仪可以通过测量机床各轴的运动轨迹和变换，提供准确的运动精度数据，及时发现运动中的误差和振动，帮助调整机床的运动参数，保证加工的精准度。

3. 工件加工精度检测除了机床本身的精度，工件的加工也是影响加工精度的重要因素。

激光干涉仪可以通过测量工件的表面形态、平整度等参数，判断工件的加工质量，为机床运行参数的优化提供准确的数据支持。

1. 高精度激光干涉仪可以实现亚微米级别的精度，远高于传统的测量方法，可以满足精密加工对精度的要求。

2. 非接触激光干涉仪的测量过程是无需接触被测物体的，可以保证被测物体的表面不受干扰，避免了因接触而带来的误差。

3. 高效率激光干涉仪的测量速度快，可以实现实时监测和测量，提高了机床精度的调整效率。

4. 适用性广激光干涉仪适用于各种不同材质和形状的表面，可以满足不同机床和工件的精度检测需求。

四、激光干涉仪在机床精度检测中的发展前景随着人工智能和大数据技术的发展，激光干涉仪将更加智能化、自动化，可以通过数据分析和处理，实现机床的智能维护和优化，进一步提高机床的稳定性和精度。

基于激光干涉仪的旋转轴精度测量原理五轴数控加工中心相对于三轴数控机床具有较好的加工灵活性，加工效率更加高效，但由于附加旋转轴的作用，也增加了相应误差项。

在面对特定的复杂曲面部件，例如叶轮、叶片以及叶盘等难加工且精度要求较高的工件时，由于刀轨路径奇点的存在，旋转轴几何误差会导致最终较大的加工表面误差，因此要保证高精度的加工质量需要提升五轴数控加工中心各旋转轴的精度，旋转轴的几何精度检测方法很多，激光干涉仪测量法是最常用的一种方法。

激光干涉仪工作原理(1)从SJ6000激光干涉仪主机出射的激光束（圆偏振光）通过分光镜后，将分成两束激光（线偏振光）；(2)两束激光分别经由角锥反射镜A和角锥反射镜B反射后平行于出射光（红色线条）返回，通过分光镜后进行叠加，由于两束激光频率相同、振动方向相同且相位差恒定，即满足干涉条件；(3)角锥反射镜B每移动半个激光波长的距离，将会产生一次完整的明暗干涉现象。

测量距离等于干涉条纹数乘以激光半波长。

旋转轴激光干涉仪测量配置旋转轴测量配置主要由SJ6000激光干涉仪主机、角度镜组、WR50自动精密转台、SJ6000激光干涉仪静态测量软件等组件构成。

SJ6000激光干涉仪WR50自动精密转台旋转轴精度测量原理对于旋转中心点已知的旋转进给系统，采用简单的工装将角度反射镜安装在旋转轴中心处，其转角误差测量方法与直线轴类似，只是需要将直线距离变化量转变为角度变化量。

以Ｃ轴为例，其测量原理如下图所示。

角度测量过程需要基于回转轴校正装置，将其安装在旋转轴的旋转中心，光路一直保持畅通反射回干涉仪。

测量过程将Ｃ轴行程（０°～３６０°）细分为ｎ份，每旋转Ф角度反射镜随旋转轴从位置１转动到位置２，相对静止后进行一次转角测量，然后将反射镜相对工作台拨回到位置１再进行下一次测量，直到覆盖旋转轴大部分的行程，即可得出Ｃ轴整个行程中的转角误差。

激光干涉仪检测数控机床线性精度探讨一. 概述激光干涉仪，以激光波长为已知长度，利用迈克耳逊干涉系统测量位移的通用长度测量工具，激光干涉仪可用于精密机床定位精度、重复定位精度、微量位移精度的测量，为机床误差修正提供依据。

使用激光干涉仪检测机床各项误差并进行修正是传统测量手段难以实现的技术，是大幅度提高数控机床的加工精度的关键措施。

二. 使用激光干涉仪校准机床的必要性首先,新机床出厂前都要进行定位精度和重复定位精度以及反向间隙的检测,现在大多使用激光干涉仪进行.其次,机床使用一段时间后,由于丝杠的磨损和其它原因,精度会逐渐丧失,这时需要使用激光干涉仪进行精度的再校准.最后,激光干涉仪还可以进行其它项目的检测,例如直线度,垂直度,角度等.。

三. 激光干涉仪测量原理激光器发射单一频率光束射入线性干涉镜，然后分成两道光束，一道光束（参考光束）射向连接分光镜的反射镜，而第二道透射光束（测量光束）则通过分光镜射入第二个反射镜，这两道光束再反射回到分光镜，重新汇聚之后返回激光器，其中会有一个探测器监控两道光束之间的干涉。

若光程差没有变化时，探测器会在相长性和相消性干涉的两极之间找到稳定的信号。

若光程差有变化时，探测器会在每一次光程变化时，在相长性和相消性干涉的两极之间找到变化信号，这些变化会被计算并用来测量两个光程之间的差异变化。

四. 激光干涉仪线性测量步骤（1）安装设置激光干涉仪（2）将激光束与被测量的轴校准（3）启动测量软件，并输入相关参数（如材料膨胀系数）。

（4）在机床上输入测量程序，启动干涉仪测量，并记录数据。

（5）用测量软件分析测量数据，生产补偿文件。

光束快速准直步骤（1）沿着运动轴将反射镜与干涉镜分开。

（2）移动机床工作台，当光束离开光靶外圆时停止移动。

垂直光束调整（3）使用激光头后方的指形轮使两道光束回到相同的高度。

（4）使用三脚架中心主轴上的高度调整轮使激光头上下旋转，直到两道光束都击中光靶中心。

如何使用激光干涉仪测量五轴机床倾斜误差激光干涉仪以光波为载体，其光波波长可以直接对米进行定义，且可以溯源至国家标准，是迄今公认的高精度、高灵敏度的测量仪器，在高端制造领域应用广泛。

SJ6000激光干涉仪集光、机、电、计算机等技术于一体，产品采用进口高性能氦氖激光器，其寿命可达50000小时；采用激光双纵模热稳频技术，可实现高精度、抗干扰能力强、长期稳定性好的激光频率输出；采用高速干涉信号采集、调理及细分技术，可实现最高4m/s 的测量速度，以及纳米级的分辨率；采用高精度环境补偿模块，可实现激光波长和材料的自动补偿；采用高性能计算机控制系统及软件技术，支持中文、英文和俄文语言，友好的人机界面、向导式的操作流程、简洁化的记录管理。

激光干涉仪最主要的应用之一就是机床精度检测，今天小编就给大家介绍一下如何用SJ6000激光干涉仪测量五轴机床的平移轴角度误差。

平移轴角度误差五轴机床每根平移轴有三个角度误差，一个滚动误差和两个倾斜误差。

对于滚动误差，激光干涉仪无法测得，需要用其他设备实现，而倾斜误差，均可以激光干涉仪获得。

角度测量配置主要由SJ6000主机、角度镜组、SJ6000静态测量软件等组件构成，可满足±10°范围内的角度测量。

角度反射镜与待测的运动轴相连，角度干涉镜是静止安装。

激光头射出一束光至角度干涉镜，其内部的分光镜将光束分成两部分，一部分直接通过干涉镜，并从角度反射镜的某一半反射回激光头（参考光束A1）。

另一条光束则通过角度干涉镜的角度分光镜，传到角度反射镜的另一半，角度反射镜使光束通过干涉镜返回到激光头（测量光束A2）。

当倾斜误差发生时，角度反射镜会有俯仰等运动，即角度反射镜会相对于固定的角度干涉镜发生小角度的旋转。

这会导致两条光束的光程不一致，其差值即可获取角度误差的大小。

▲角度测量的光路原理构建图▲运动轴的俯仰角度测量示意图▲运动轴的偏摆角度测量示意图附：SJ6000激光干涉仪角度测量精度轴向量程：(0~15)m测量范围：±10°测量精度：±(0.02%R+0.1+0.024M)″(R为显示值，单位：″；M为测量距离，单位：m)测量分辨力：0.1″。

激光干涉仪在机床精度检测中的应用激光干涉仪是一种高精度、高灵敏度的测量设备，可以用于机床精度检测中。

激光干涉仪可以测量机床运动的平行度、垂直度、角度误差等各种参数，是机床精度检测中不可或缺的工具之一。

一、激光干涉仪的原理激光干涉仪是一种利用激光光束进行干涉研究的设备。

它的基本原理是：利用激光束的干涉现象进行测量。

干涉是指两束光线相遇，在一定条件下，它们会发生干涉现象，形成干涉条纹。

这些干涉条纹的形态和数量可以反映出被测量的物体的形态、尺寸等信息。

激光干涉仪通常被用于测量机床加工的平行度、垂直度、角度误差等参数。

具体应用如下：1. 测量机床的平行度利用激光干涉仪可以测量机床导轨的平行度。

将激光干涉仪放置在一条导轨上，再让激光束照射在另一条导轨上，此时读取干涉条纹，便可判断导轨是否平行。

利用激光干涉仪可以测量机床主轴的角度误差。

将激光束照射到主轴上，读取干涉条纹，便可判断主轴是否与机床的加工平面保持垂直。

1. 高精度激光干涉仪具有高精度、高灵敏度的特点，可以测量微小的误差和变化。

2. 非接触式测量激光干涉仪是一种非接触式测量设备，不会对机床造成任何影响，保证了机床的精度和稳定性。

3. 测量快速相比传统的测量方法，激光干涉仪具有快速、方便的优点，可以快速地获得精度检测结果，提高了生产效率。

总之，激光干涉仪是一种高精度、非接触式的测量设备，广泛应用于机床精度检测中。

它可以快速、准确地检测出机床的各项参数，保证了机床的精度和稳定性，为加工生产提供了重要的保障。

五轴联动加工中心的精度检测方法简介南京晨光集团有限责任公司计量中心作者：方明摘要: 对五轴联动加工中心的摆轴( 即A 轴) 全行程精度的检测提出了一种快速有效的解决方案。

详细叙述了该方案的具体操作步骤、注意事项以及在检测过程中采用的测量设备和依据的检测标准，同时对被检轴进行了有效地精度补偿。

1 、五轴联动简介五轴联动加工中心是指有五个坐标轴( 三个直线坐标轴: X，Y，Z 轴和两个旋转坐标轴: C，A 轴) ，可在计算机数控( CNC) 系统的控制下同时协调运动进行加工的数控加工设备。

通过A 轴与C 轴的组合，固定在工作台上的工件除了底面之外，其余的五个面都可以由立式主轴进行加工。

A 轴和C 轴最小分度值一般为0. 001°，又可以把工件细分成任意角度，加工出倾斜面、倾斜孔等。

A 轴和C 轴如与XYZ 三个直线轴实现联动，依靠先进的数控系统、伺服系统以及软件的支持可加工出复杂的空间曲面。

常见的立式五轴联动加工中心有两个回转轴，如图1 所示，一个是工作台回转轴，以X 轴方向为轴心线，± 90°来回摆动，定义为摆轴，也称A 轴; 一个就是设置工作台的中间的回转台，在图示的位置上环绕Z 轴方向360°回转，定义为C 轴。

图1 常见的立式五轴联动加工中心示意图加工中心XYZ 以及C 轴的精度检测，技术手段现在已经很成熟。

XYZ 三个直线轴一般是采用双频激光干涉仪作为标准进行检测，回转C 轴用双频激光干涉仪以及配套的回转分度器检测，或者用传统的正多面棱体配上自准直仪进行角分度检测，这里不再详述。

而对于A 轴，同样是角分度检测，也可用双频激光干涉仪回转分度器或者是正多面棱体和自准直仪作为标准进行检测。

但是如果是照搬全套C 轴的检测方法，将无法在全行程内完成测量，因为随着A 轴的转动，工作台将遮挡测量光路，无法继续检测，只能检测到部分角度，也就不能判断A 轴整个行程范围的精度。

激光干涉仪自动校准五轴加工中心及测量误差分析发布时间：2021-07-08T07:49:20.450Z 来源：《防护工程》2021年7期作者：汤李炳[导读] 近年来，我国的综合国力的发展迅速，激光干涉仪是用特定、稳定的激光束和波长，来测量位移的高精密测量系统。

五轴加工中心的技术含量高、精度高，用于加工复杂零件的高效率的自动化机床，除了X、Y、Z三个基本直线轴外，还有A轴转头和B轴转台。

其准确度按照国家标准和技术规范来评定，常见的如两点法、最小二乘法、VDI3441技术规范、国家标准GB10931等。

汤李炳浙江凯达机床股份有限公司浙江诸暨 311800摘要：近年来，我国的综合国力的发展迅速，激光干涉仪是用特定、稳定的激光束和波长，来测量位移的高精密测量系统。

五轴加工中心的技术含量高、精度高，用于加工复杂零件的高效率的自动化机床，除了X、Y、Z三个基本直线轴外，还有A轴转头和B轴转台。

其准确度按照国家标准和技术规范来评定，常见的如两点法、最小二乘法、VDI3441技术规范、国家标准GB10931等。

要保证加工中心的指标在要求的范围内，才能达到的最理想的加工准确度，若偏差超出范围，那么加工零件的质量就得不到有效控制。

激光干涉仪自动测量机床的误差后，可通过手动输入或连接ＲS232接口对线性误差进行自动补偿。

如此自动循环的重复测量、补偿后，可以改善加工中心的运动位置偏差，使其达到最佳状态。

本文还对影响激光干涉仪测量误差的常见因素进行了简单分析。

如激光束和镜组与数控轴保持准直(即与运动轴平行)，即余弦误差，激光束与运动轴之间没有准直造成测量值与实际值的差异;阿贝误差的存在，是因为测量方法不满足阿贝原则“测量轴线在基准轴线的延长线上”的定义;回转轴与分度器不同心或不平行引起的弧秒或正弦误差。

关键词：激光干涉仪；自动校准五轴加工中心；测量误差分析引言加速度计正在被越来越多地应用于机械制造、车辆船舶、航空航天等众多科研和工程领域。