目前检验数控机床的定位精度,有些单位采用激光干涉仪,有些单位采用步距规,而且步距规特别是高精度步距规逐渐被人们认识和接受,被许多单位优先采用。那么,高精度步距规比之激光干涉仪有哪些优势呢,现列表分析对比如下
一.高精度步距规 PK 激光干涉仪
对比因素 |
高精度步距规 |
激光干涉仪 |
测量准确度 |
在标准环境下,两者具有相同准确度。但由于影响激光干涉仪的因素较多,对操作人员的技术水平要求较高,在偏离标准条件的现场环境下,激光干涉仪测量准确度会有所降低,甚至出现粗大误差。 |
测量数据一致性 |
步距规热膨胀系数与光栅尺的热膨胀系数接近,偏离标准温度及温度变化对测量误差的影响相对较小,测量结果一致性好;激光干涉仪波长对温度变化非常敏感,故上午与下午测量结果往往相差较大。 |
测量重复性 |
高精度步距规优于激光干涉仪 |
测量数据漂移 |
高精度步距规优于激光干涉仪 |
稳定性 |
新型“带护栏高精度步距规”优于其它步距规和激光干涉仪 |
对测量环境条件要求 |
高精度步距规对环境要求宽松,激光干涉仪对环境要求严格 |
对操作人员技术水平要求 |
对操作人员技术要求不高,一般技术工人一人即可胜任 |
对操作人员技术要求较高,需经专门培训方可操作,并需二人同时操作。 |
运输携带方便性 |
步距规相比激光干涉仪整套装置体积小、重量轻,便于携带。 |
溯源送检及校准费 |
步距规比激光干涉仪便宜 |
价格成本 |
步距规价格低,约为激光干涉仪的五分之一。 |
维护保养 |
维护保养简单,要求不高。 |
激光干涉仪的光学和电子元器件维护保养相对要求较高。 |
工作寿命 |
步距规寿命更长 |
成功应用案例 |
已有二家数控机床生产企业(上海特略精密数控机床有限公司和广东中山锐锋数控装备有限公司)借助步距规,使数控机床定位精度到±3µm(400mm内),跨入高档数控机床定位精度门槛±5微米之内。 |
目前尚无单独采用激光干涉仪检测数控机床定位精度,能使数控机床定位精度提高到±5微米(400mm)之内的案例。 |
由以上十几项对比可知,在检测和提高数控机床定位高精度方面,高精度步距规优于激光干涉仪!
二.影响激光干涉仪测量准确性的一些因素:
1,当现场的环境条件偏离标准环境条件,如气流扰动、气温波动偏离标准要求,或是一天中上午和下午气温和气温变化较大,会使前后两次检测结果明显不一致;
2,激光干涉仪检定周期两年可能偏长,这期间温度、湿度等传感器很可能与上次校准结果出现明显偏差;
3,有的激光干涉仪用户,在送检时只送检了激光器,而没有送检温度传感器。或校准激光器时,没有同时校准温度传感器。
4,理论上讲,激光干涉仪的帖附式温度传感器应贴在机床光栅尺上,但由于光栅尺密封装在铝罩壳内,光栅尺的温度变化总是滞后于实际帖附点(在光栅尺附近的床体上)处的温度变化。两处实际温度之差,将引起测量误差。
5,使用中激光干涉仪一般安装在三角架上,三脚架离开机床支撑垫铁有一定距离,反射镜安装在机床工作台上。由于工作台较重,移动中会引起地脚支撑点的微小弹性变形,从而引起床身连同工作台一起相对于三脚架产生倾斜变化,此变化量也会引起测量误差。而使用步距规测量,床身连同工作台一起倾斜时,不会引起测量误差。
三,《坐标测量机的验收检验和复检检验》国家标准(GB/T 16857.2-2006)和国际标准(ISO 10360-2:2009)都强烈推荐用步距规作为实物长度标准器,用于检测坐标测量机的几何精度。而坐标测量机是目前国内外公认的最精密的数控装备。步距规能检测坐标测量机,当然也能用于检测高档数控机床以及普通数控机床了。如果激光干涉仪使用前先用步距规进行校对,然后再用经校对过的激光干涉仪检测数控机床定位精度,其测量结果准确度会显著提高。
我国知名的量块与步距规校准专家黄晓蓉先生说过,激光干涉仪不宜单独使用,应与步距规配合使用效果会更好。
国内外知名的国家华东计量测试中心、上海计量测试研究院的精测室,装备有有国际最高档的德国莱兹三座测量机和安捷伦(原美国惠普)双频激光干涉仪,在精测前还用步距规进行校对,以达到最佳测量效果。每年为许多世界著名的企业进行各种各样的精密长度测量服务,无一例产生争议。
那为什么数控机床国家标准只推荐激光干涉仪而未推荐步距规呢?问得好!请去问机床研究所等标准起草单位吧,只有他们才有最终解释权和修改权。这里只能说那数控机床定位精度的有关的国家标准只是推荐标准,不是国家计量检测部门强制执行的标准,当然,不限制你使用步距规。
四.建议和呼吁
1. 在修订数控机床有关技术标准时,应写上步距规作为实物长度标准器的作用;
2. 组织对激光干涉仪现场测量长度进行量值比对。
五.我国高精度步距规已达世界级水平
安一量具有限公司已能生产具有世界级水平的高精度步距规。先后有3台规格1000mm的高精度步距规,经中国计量科学研究院和德国检测中心DKD-K-44301 校准,3台步距规全程极限偏差分别为-0.6µm 、+0.8µm(以上中国计量科学研究院校准)和+0.46µm(德国DKD-K-44301校准)。(注:日本三丰公司2010年产品样本所列,规格1000mm的高精度步距规,允许的极限偏差为±2.5µm)。
六.用步距规,提高数控机床精度
这里所说提高数控机床精度,关键在于检测精度。使用步距规检测结果的准确度明显高于单独使用激光干涉仪的检测结果的准确度,且稳定可靠,不会像激光干涉仪那样检测同一对象,上午与下午常常会给出明显不同的结果。有了准确的检测结果就可进行误差修正,从而提高数控机床的精度。
(注:本文部分内容摘自国家量具标准化委员会委员全贻智先生和王晓飞女士合著的”高精距规在检验数控机床时的突出优势”,此文刊载于”QC 检测仪器”) |