陜西秦川機(jī)械發(fā)展股份有限公司 (寶雞 721009)袁安平

1.問(wèn)題的提出

在重型龍門式機(jī)床的生產(chǎn)中，遇到了關(guān)于“兩立柱導(dǎo)軌面共面測(cè)量”的新課題。如圖1 所示，其立柱導(dǎo)軌跨距一般在4m 以上。查閱現(xiàn)有資料，此項(xiàng)目有采用鋼絲法測(cè)量的先例，但對(duì)操作者水平要求較高，其準(zhǔn)確性及效率不能適應(yīng)現(xiàn)階段的生產(chǎn)需要。因此，急需探索一種新方法來(lái)解決這一問(wèn)題。

圖1

2.問(wèn)題的分析

導(dǎo)軌的共面測(cè)量，實(shí)質(zhì)上就是采用同一基準(zhǔn)測(cè)量各被測(cè)面的直線度。而直線度測(cè)量的常規(guī)方法有:

(1)直尺比較法 此法測(cè)量時(shí)必須配備相應(yīng)規(guī)格的直尺，故在本例的遠(yuǎn)距離測(cè)量中適用性不強(qiáng)。

(2)水平儀或自準(zhǔn)直儀測(cè)量法 此法屬角度偏差測(cè)量法，測(cè)量時(shí)量具必須首尾相接進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，而被測(cè)二導(dǎo)軌面又是非連續(xù)的，必須有導(dǎo)向基準(zhǔn)方可實(shí)施，故不方便采用。

(3)激光干涉儀測(cè)量法 此法在測(cè)量過(guò)程中激光束不允許脫靶，而在被測(cè)面非連續(xù)的情況下，仍然需要有導(dǎo)向基準(zhǔn)，故可操作性不足。

那么，有沒(méi)有其他可行的辦法呢?經(jīng)過(guò)分析，我們想到了激光對(duì)中儀測(cè)量法。激光對(duì)中儀作為一種新型儀器，也具備直線度測(cè)量功能。由于激光對(duì)中儀測(cè)量直線度的原理屬絕對(duì)坐標(biāo)法，直接以激光作為測(cè)量基準(zhǔn)，測(cè)量有效長(zhǎng)度可達(dá)10m 甚至更遠(yuǎn)，測(cè)量過(guò)程中激光脫靶又不會(huì)對(duì)讀數(shù)產(chǎn)生影響，從理論上分析應(yīng)該是完全可行的。

3.問(wèn)題的解決

基于以上分析，經(jīng)過(guò)在我公司龍門式復(fù)合加工中心產(chǎn)品“兩立柱導(dǎo)軌面共面測(cè)量”中的實(shí)際檢測(cè)、反復(fù)驗(yàn)證，并對(duì)測(cè)量誤差進(jìn)行分析、控制，其準(zhǔn)確性完全能滿足要求，同時(shí)兼具高效與便捷的優(yōu)點(diǎn)。下面對(duì)此進(jìn)行介紹。

(1)測(cè)量原理 激光對(duì)中儀的測(cè)量原理是:位置傳感裝置感應(yīng)激光發(fā)射器產(chǎn)生的激光束的坐標(biāo)位置從而進(jìn)行讀數(shù)，當(dāng)被測(cè)面存在直線度誤差時(shí)，各待測(cè)點(diǎn)的讀數(shù)會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則的變化，儀器自帶的軟件將各點(diǎn)的讀數(shù)和位置進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，可得誤差的數(shù)值和形狀。

針對(duì)本例，如圖2 所示，先把激光發(fā)射器安置在立柱外側(cè)，將位置傳感裝置固定于滑板上，并對(duì)儀器進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置。然后通過(guò)傳感裝置讀數(shù)值，將激光束與被測(cè)面基本調(diào)平，再依次順序移動(dòng)滑板至各待測(cè)位置，完成數(shù)據(jù)采集，最終由儀器計(jì)算輸出測(cè)量結(jié)果。

圖2

(2)測(cè)量誤差影響因素及控制方法 我們用以上方法在公司某產(chǎn)品上進(jìn)行了實(shí)際測(cè)量驗(yàn)證，但結(jié)果卻不理想，因?yàn)槿螠y(cè)量所得誤差值的重復(fù)性差0.03mm 以上，這種精度水平根本就沒(méi)有多大的實(shí)用價(jià)值。問(wèn)題究竟出在哪兒呢?我們對(duì)測(cè)量過(guò)程進(jìn)行了仔細(xì)的誤差分析和多次試驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)有以下影響因素:①測(cè)量點(diǎn)位置誤差影響。測(cè)量點(diǎn)實(shí)際位置與設(shè)定值不一致時(shí)，由于軟件是按理論位置進(jìn)行計(jì)算，在共面測(cè)量時(shí)會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大影響。例如，當(dāng)在設(shè)定為500mm 處，實(shí)際測(cè)量位置差20mm且兩點(diǎn)誤差0.002mm 時(shí)，基準(zhǔn)線在5 000mm 遠(yuǎn)端差值為0.02mm，光束平行差較大時(shí)影響更大。②光束調(diào)平誤差影響。測(cè)量調(diào)整時(shí)，激光束與被測(cè)面的平行度誤差，從理論上而言，在測(cè)量點(diǎn)位置與設(shè)定值完全相符的情況下，不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響，但實(shí)際操作時(shí)移動(dòng)點(diǎn)位很難特別準(zhǔn)確，故對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響。例如，當(dāng)光束平行差0.2mm/1 000mm、位置差10mm 時(shí)，該點(diǎn)測(cè)量誤差可達(dá)0.002mm。③環(huán)境影響。溫度、氣流的變化，陽(yáng)光的照射以及振動(dòng)等因素均會(huì)影響激光光束的穩(wěn)定性，從而降低測(cè)量值的準(zhǔn)確性。④激光發(fā)射器固定座的穩(wěn)定性影響。固定座微小的不穩(wěn)定會(huì)造成遠(yuǎn)端測(cè)值的成倍變化，如固定座變化0.001mm/50mm，其在5 000mm 遠(yuǎn)端的變化量可達(dá)0.1mm。⑤測(cè)量值濾波的影響。環(huán)境的微小變化即會(huì)造成測(cè)量讀數(shù)的不穩(wěn)定，因此，儀器提供了濾波功能以減小此影響。選擇合適的濾波時(shí)間可以大大提高測(cè)量值的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

(3)誤差控制方法 針對(duì)以上影響因素，我們采取了如下幾種控制方法:①移動(dòng)測(cè)量點(diǎn)位置時(shí)應(yīng)盡量與設(shè)定值保持準(zhǔn)確一致，其差值以5mm 以內(nèi)為宜。②調(diào)整后的激光束與被測(cè)面平行度誤差應(yīng)盡量小，最好控制在0.02mm/1 000mm 以內(nèi)。③激光器固定座必須可靠固緊，在滿足測(cè)量要求的前提下固定桿盡可能短。④測(cè)量時(shí)，避免陽(yáng)光的直射，盡量減小溫度、氣流的變化和振動(dòng)等因素的影響。⑤確定合理的測(cè)量值濾波時(shí)間。一般應(yīng)在測(cè)量值讀數(shù)能達(dá)到穩(wěn)定的前提下，選擇盡可能短的濾波時(shí)間，具體可在最遠(yuǎn)端的測(cè)量位置進(jìn)行讀數(shù)穩(wěn)定性驗(yàn)證來(lái)確定。

采取以上測(cè)量誤差控制措施，再次進(jìn)行該項(xiàng)目的測(cè)量驗(yàn)證，在同等條件下三次測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性差僅為0.003 6mm，完全可以滿足此類測(cè)量的要求。

(4)測(cè)量特點(diǎn) ①測(cè)量基準(zhǔn)為穩(wěn)定性極高的激光束，誤差信號(hào)由儀器直接采集，減少了人為的讀數(shù)誤差，故其準(zhǔn)確性高。②測(cè)量過(guò)程中，激光脫靶不影響測(cè)量，可直接測(cè)量無(wú)導(dǎo)向面的被測(cè)要素，既節(jié)省工裝，又方便操作。③測(cè)量方向與位置不受限制，可方便地進(jìn)行垂直方向、水平方向或其他任意方向以及任意段數(shù)、等距或不等距被測(cè)要素的誤差測(cè)量。④誤差數(shù)據(jù)與形狀可直接顯示，方便現(xiàn)場(chǎng)返修調(diào)整。

4.結(jié)語(yǔ)

用此方法測(cè)量龍門式機(jī)床兩立柱導(dǎo)軌面共面誤差，準(zhǔn)確性高，又有高效、便捷的特點(diǎn)，值得在類似項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中推廣應(yīng)用。