快速而精确的激光测量技术(1) 

灵活而紧凑的基于激光的测量系统，可以高速测量表面和检查关键尺寸。 

　　谈到计量和检测，很少有设备有现代激光系统那样的万能件。快速、非接触式的激光技术可以在零件上测量许多点而不产生变形或留下痕迹。 

　　Automated Precision Inc.（API）出品的5或6维激光系统，显示出由激光测量系统可以达到的独特性能的种类。由该公司设计的系统，是以一个精密干涉仪的5或6维传感器为基础用来测量CNC机床和坐标测量机的定位精度。干涉仪发送的激光光束进入传感器，然后分为三个分光束。第一个分光束将返回光源，以进行线性位移测量，第二个分光束进入双向传感器以测量水平和垂直方向的不直度误差。第三个分光束通过一个光学结构，测量偏转和仰俯。由一个集成的微分激光系统来测量转动角偏差。 

　　用户可以在机床的一个坐标轴上（如X轴）安装6维激光器，可同时测量所有的六个坐标轴的误差。API的Mike Glossinger说，“如果您是在普通机床上测量，则Y轴应该与X轴成90°。将激光器定位好，如定位在X轴上，插入一个五棱镜，让光束折弯至Y轴上，折弯度正好为90度。”激光器保持静止，只有6维传感器移动对Y轴进行测量。利用从X和Y轴上取得的不直度数据，测量器上的专利软件可以确定每个坐标轴在测试平面中的走向并计算其垂直度。 

　　三轴机床上的每个轴都有6个可能的位置误差：轴移动定位误差；在垂直于移动轴的轴方向上的直线度误差和三个角度误差（转动、俯仰、偏转）。此外，机床三个相互垂直的平面生成的正方度误差。通过三次安装和三次测量操作，系统可以确定机床上17个轴误差和两个正方度误差。API现有的转动传感器不能测量垂直轴的转动。在5次安装和操作中，系统可以确定21个可能误差中的20个。 

　　Glossinger说，“我们可以在约4~5小时内对一台机床进行完整的分析。”他相信，由像API的5或6维系统收集的数据，为机床制造厂提供达到新的精度水准的机会。“最终，机床制造厂在补偿方面要做的事情将比只在纯直线度方面要做的事情要多。在当今，他们试图用很好的机械方法制造系统，但是留给他们的恰好是无法修正的小误差。现在，通过某些补偿，我们可以把机床做得更好（更确切地说是性能价格比）。” 

　　在更一般的场合，由Mitutoyo（MIT）Corp.出品的激光千分尺在连续过程中证实了激光的测量方法的速度和精度。这些系统将激光光束对准一个旋转的反射镜。当反射镜自转时，激光束射向一个光电单元。该单元的输出量随达到其上的光束量大小成正比地发生变化，使系统可以确定位于单元和激光之间的工件的直径。常用的MTI激光千分尺如Series544，对于直径为1mm~51mm的工件，其精度约为±0.0030mm，重复精度约为±0.00013mm。 

　　MTI的Dale Schauer说，“一些制造厂采用He—Ne管作为激光光源，但我们却采用二极管，因为其使用寿命更长。有些He—Ne管其使用寿命超过600h，但采用激光二极管，有时候，其寿命竟超出7000h。”激光千分尺往往作为较大型系统的一个组成部分加以使用。Schauer观察到，“有一半以上激光器是深藏在某些讲师仪器的过程控制部分中。”当今的激光千分尺还具备增强的功能度。“与旧装置相比，它们具备更多的编程控制能力以及更快的输出能力。” 

　　在线测量时，用户仍然要注意零件的清洁度和粗糙度。Schauer警告说：“一层油或水基冷却液的薄膜其厚度可能达十分之几毫米。此外，您还要受到表面粗糙度的某种影响。这些装置中某些分辨力只有0.5μm。此外，零件的找正很关键。任何微量倾斜都将引起错误的读数。任何粘在零件上的东西均可能影响测量结果。” 

　　他不同意激光的测量比机械式或机电式测量要贵的观点。“如果说到用机械系统测量拨丝模之间的丝流，则必须制造某各轧辊系统，而这种系统并不便宜。对于激光系统，如果产品是圆的，您可能采用一个X—Y调整。每个送接装置现价约为5000美元，而显示箱的运转费约为2500美元。对于一个不需要很多夹紧调整和维护的过程系统，您将要花12500美元。”他指出，当今，工业应用在独特的加工中工业常常采用激光器。考虑到这些加工所制作的产品具备较高的价值，那么激光测量系统的成本便显得微不足道。 

　　据Schauer称，“将来，特别是在高速加工中，会提供越来越多的激光产品。在接下的10~20年中，计量工业将变得明显的不同。” 

　　低成本激光测量对行业中的每个人仍然是目标。而Optodyne Inc.相信它的新MCV—500激光校准系统就是向这一方向迈出的一步。其价格低于10000美元。它可以对CNC机床、坐标测量机、滚珠丝杠和DRO进行内部线性校正。系统包括两个可对准的元件，即激光头部件和一个12.7mm的反光镜。以多普勒技术为基础，MCV—500带有一个用于发射和接收的单孔的激光头。激光头和反光镜均安装在机床上，无须在地面安装三脚架。 

　　提供收集4m/s的运行速度，系统使用支持Windows软件来进行数据采集和分析。尺寸为51mm×51mm