周麗霞，周樹強(qiáng)，覃 琴

（成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川成都 610100）

基于激光干涉儀的FANUC系統(tǒng)VMC的定位精度檢測與誤差補(bǔ)償

周麗霞，周樹強(qiáng)，覃 琴

（成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川成都 610100）

利用英國雷尼紹公司生產(chǎn)的MLIO激光干涉儀，對配有FANUC 0i數(shù)控系統(tǒng)的立式加工中心進(jìn)行誤差數(shù)據(jù)采集，通過激光干涉儀配套軟件繪制定位誤差曲線，并生成誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)，將誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)輸入FANUC 0i系統(tǒng)，可以顯著提高機(jī)床的加工精度。

FANUC數(shù)控系統(tǒng)；激光干涉儀；誤差補(bǔ)償

0 引言

隨著數(shù)控加工中心的廣泛應(yīng)用，對零件加工精度要求也越來越高，數(shù)控機(jī)床的精度也有了更高的要求。為了保證加工質(zhì)量，對數(shù)控機(jī)床的定位精度進(jìn)行檢測和補(bǔ)償是最根本的，由于本文中的半閉環(huán)系統(tǒng)機(jī)床的定位精度主要是受到滾珠絲杠精度的影響，滾珠絲杠的精度主要受到制造誤差和使用磨損的影響[1-2]，所以通過對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行定期檢測，并對數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行正確螺距誤差補(bǔ)償，來提高數(shù)控機(jī)床的加工定位精度。

利用Renishaw激光干涉檢測實(shí)際誤差，通過FANUC系統(tǒng)軟件的誤差補(bǔ)償界面對立式加工中心進(jìn)行補(bǔ)償，從而提高數(shù)控機(jī)床的定位精度。文章以加工中心的X軸為例說明使用激光干涉儀測量和補(bǔ)償數(shù)控機(jī)床螺距誤差的方法。

1 激光干涉儀測量線性誤差的原理

雷尼紹公司的激光干涉儀ML10主要由激光頭、環(huán)境補(bǔ)償單元、玻璃鏡組件、機(jī)械結(jié)構(gòu)件及配套軟件組成。其中激光頭發(fā)出波長約為0.633μm、且波長穩(wěn)定的激光；玻璃組件有分光鏡和反射鏡；機(jī)械結(jié)構(gòu)件用來支撐激光頭，可自由調(diào)整并確保光路進(jìn)入測量路徑；環(huán)境補(bǔ)償單元可以采集現(xiàn)場環(huán)境的大氣壓力和濕度以及機(jī)床本體的溫度，將環(huán)境對測量的影響計(jì)入系統(tǒng)里[3-4]。

線性測量是測量機(jī)床精度中最常見的一種測量，其典型安裝布局示意圖如圖1所示。線性測量光學(xué)組件包括一只分光鏡和兩只反射鏡。把其中一只反射鏡用緊固螺釘固定在分光鏡上，構(gòu)成干涉鏡，激光頭發(fā)出的光束會射入干涉鏡，再分為兩道光束。一道光束射向連接在分光鏡上的反射鏡(固定反射鏡)，而第二道光束則通過分光鏡射入第二個反射鏡（移動反射鏡）。這兩道光束再反射回分光鏡，重新匯聚之后返回激光頭，當(dāng)移動反射鏡在移動過程中，返回激光頭的干涉光束會呈現(xiàn)明暗變化，激光頭接收到返回的干涉光束，激光頭內(nèi)部傳感器檢測出條紋明暗的變化，并通過信號處理電路處理并計(jì)算出移動反射鏡所移動的距離[5-6]。

假設(shè)出現(xiàn)明暗條紋的次數(shù)為N，反射鏡移動的距離為N倍的二分之一波長（0.633μm）。所以移動反射鏡隨著工作臺在移動過程中，通過檢測到明暗條紋變化的次數(shù)，就可得到工作臺移動的距離。

圖1 線性測量典型安裝布局示意圖

2 定位精度檢測和螺距誤差補(bǔ)償?shù)牟襟E

文章以半閉環(huán)立式加工中心的X方向的定位精度檢測和誤差補(bǔ)償為例來說明操作步驟。

X軸補(bǔ)償起點(diǎn)0 mm，補(bǔ)償終點(diǎn)840 mm，補(bǔ)償間隔60 mm。

具體步驟說明如下。

第一步：連接激光干涉儀；放置好激光頭，將干涉鏡固定在主軸上，移動的反射鏡固定在工作臺上，然后對光，對光的目的是為了讓檢測的光線能準(zhǔn)確返回激光頭上，讓激光頭得到最強(qiáng)的反饋信息，以便計(jì)算實(shí)際的行程數(shù)值[6-7]。

第二步：設(shè)置參數(shù)。

（1）參數(shù)3620設(shè)置為30，由于誤差補(bǔ)償間隔是60 mm，全長一共補(bǔ)償15個數(shù)據(jù)，其中有一個是補(bǔ)償參考點(diǎn)，這里選螺距誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)表中的第30號為X軸補(bǔ)償參考點(diǎn)。

（2）參數(shù)3621設(shè)置為30，表示從螺距誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)表的第30號開始填入X軸的補(bǔ)償值，一共要填15個。

（3）參數(shù)3622設(shè)置為44，由于誤差補(bǔ)償間隔是60 mm，全長一共補(bǔ)償15個數(shù)據(jù)，并且從螺距誤差補(bǔ)償數(shù)據(jù)表中的第30號開始，一共要填15個。所以最后一個就是數(shù)據(jù)表中第44號，所以3622設(shè)置為44。

（4）參數(shù)3623設(shè)置為1，表示補(bǔ)償倍率為1倍，實(shí)際補(bǔ)償值=補(bǔ)償值×補(bǔ)償倍率。

（5）參數(shù)3624設(shè)置為60，補(bǔ)償間隔60 mm，每隔60 mm，激光干涉儀采集一次數(shù)據(jù)。

（6）進(jìn)入螺距誤差設(shè)定畫面（進(jìn)入界面方法：按下“system”鍵→按下擴(kuò)展軟鍵→按下“螺補(bǔ)”軟鍵），將表格中所有值都清零[9-10]。

第三步：打開激光干涉儀配套線性測量軟件，進(jìn)行測量前設(shè)置，然后運(yùn)行工作臺移動程序并通過激光干涉儀采集數(shù)據(jù)，通過線性測量軟件實(shí)時觀看測量數(shù)據(jù)。

工作臺移動程序程序如下：

00001

G90 G00 X0;

G04 X4;

M98 P00002 L5;

M30;

00002

G90 G01 F2000 X-1;

G04 X2;

G01 X0;

G04 X4;

M98 P0003 L14;

G90 G01 X841;

G04 X2;

G01 X840;

G04 X4;

M98 P00004 L14;

M99;

00003

G91 G01 X60;

G04 X4;

M99;

00004

G91 G01 X-60;

G04 X4;

M99;

程序00001為主程序，00002、00003、00004為子程序，00001主程序先快速定位X0，調(diào)用00002子程序5次，00002子程序先越程到-1 mm，再走到0 mm，暫停4s，再沿X軸正方向移動，每移動60 mm暫停4s（調(diào)用00003子程序14次），到840 mm后越程到841 mm，再走到840 mm，暫停4s，再沿X軸負(fù)方向移動（調(diào)用00004子程序14次），每移動-60 mm暫停4s，到X0。在運(yùn)行以上程序過程中，每暫停4s處，激光干涉儀采集數(shù)據(jù)。

第四步：通過激光干涉儀配套的線性測量軟件對激光干涉儀采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析得出補(bǔ)償數(shù)據(jù)，并將補(bǔ)償數(shù)據(jù)輸入數(shù)控系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，需按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17421．2-2000機(jī)床檢驗(yàn)通則第2部分來進(jìn)行數(shù)控軸線的定位精度和重復(fù)定位精度的確定[8-10]。

在激光干涉儀的線性測量軟件中通過選擇統(tǒng)計(jì)數(shù)表可查看出按照國標(biāo)GB/T17421.2-2000所統(tǒng)計(jì)出的所有誤差值，若選擇GB/T17421.2-2000分析曲線，可查看誤差分析曲線，見圖2所示。補(bǔ)償前該機(jī)床X向定位誤差A(yù)：0.077 078 mm(雙向定位)。

圖2 補(bǔ)償前的誤差分析曲線圖

通過線性測量軟件生成補(bǔ)償數(shù)值，設(shè)置窗口如圖3所示，補(bǔ)償類型選擇增量型，補(bǔ)償起點(diǎn)0 mm，補(bǔ)償終點(diǎn)840 mm，補(bǔ)償間隔60 mm。

自動生成的補(bǔ)償數(shù)值表見圖4。進(jìn)入FANUC系統(tǒng)的螺距誤差設(shè)定畫面，從補(bǔ)償點(diǎn)號第30號開始輸入圖4中的補(bǔ)償數(shù)值，一共輸入15個補(bǔ)償數(shù)據(jù)，到第44號補(bǔ)償點(diǎn)號結(jié)束。

圖3 誤差補(bǔ)償設(shè)置窗口

第五步：再次進(jìn)行補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)采集驗(yàn)證補(bǔ)償結(jié)果是否合乎要求，得到補(bǔ)償后的誤差分析曲線見圖5所示。

圖4 軟件自動生成的補(bǔ)償值

根據(jù)補(bǔ)償后的誤差分析曲線（見圖5），補(bǔ)償后該機(jī)床X向定位誤差A(yù)：0.004 878 mm（雙向定位）；與誤差補(bǔ)償前比較，數(shù)控機(jī)床精度得到了較大的改善。

3 總結(jié)

對于半閉環(huán)系統(tǒng)機(jī)床，提高定位精度，可以采用螺距誤差補(bǔ)償?shù)姆椒?，其?shí)質(zhì)就是將數(shù)控機(jī)床某軸上的指令要求位置與激光干涉儀所測得的實(shí)際位置相比較，通過激光干涉儀配套軟件計(jì)算出全行程上的誤差分布曲線，并計(jì)算出每個測量點(diǎn)處的誤差補(bǔ)償時，再將誤差補(bǔ)償值輸入FANUC數(shù)控系統(tǒng)的螺距誤差補(bǔ)償界面表格中。FANUC數(shù)控系統(tǒng)控制該軸的運(yùn)動時，就會自動考慮到輸入的誤差補(bǔ)償值，并給予補(bǔ)償。

Using Laser Interferometer to Measure and Compensate Positioning Accuracy in FANUC System VMC Machine

ZHOU Li-xia，ZHOU Shu-qiang，QIN Qin
（Chengdu Aeronautic Vocational and Technical College，Chengdu610100，China）

Using Renishaw ML10 laser interferometer can measure the practice error data in FANUC 0i system VMC machine，draw the positioning accuracy error curve，and create dates of error compensation，which are interred into FANUC 0i system for improving the processing precision of CNC machine.

FANUC CNC system；laser interferometer；error compensation

TH17

A

1009－9492(2015)10－0094－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.10.023

2015－04－07