要達到亞微米級和納米級的加工精度,機床超精密部件運動精度的檢測是一個極為重要的方面。
在超橢密機床上定位檢測,廣泛采用激光干涉測量系統,這也是***高精度的檢測方法,一般定位精度可達(02-03)m/1000m,***高精度可達0.013m/1000mm。
激光干涉測量系統主要由兩部分組成:雙頻激光干涉器和光嚼。雙頻激光干涉器是目前機床上定位檢測精度***高的儀器,它的分辨力為001pm,目前世界上***高精度的雙頻激光器分辨力可達1ma超橢密加工機床向納米級精度發展,雙頻激光干涉器是***要發展的器件。光鋤是機床上應用較廣泛的檢測元件,隨著超精密專用機床及檢測儀器的進一步發展,國外已有0.001m及納米級分辨力的光柵。
檢測過程是由精密閉環控制系統控制的。在加工工件時,機床的運動部件的位移,由裝在機床內部的雙頻激光干涉測距系統隨機精確監測,將數據反饋給精密數控系統,進行閉環控制,保證位移運動的高精度。例如Mome公司的M18AG型和 Pneumo公司的MSC325型超精密機床,都在機床內裝有兩套密封的雙頻激光干涉測距系統,精確監測Z向和X向的位移。雙頻激光干涉系統的測量精度受環境干擾(如溫度濕度、氣壓、氣流塵埃、振動等)影響甚大,因此必須采用保護、密封和補償修正等措施才能得到精確的測量結果。
下面是美國LNL**實驗室的IODM大型超精密機床中,使用雙頻激光干涉儀進行隨機監測的例子。
IODTM大型超精密機床系立車形式,滑座(重18t)在機床的橫梁導軌中作水平的X向運刀座(20kg)在滑座的導軌中作垂直的z向運動。使用雙頻激光干涉測距系統對X向和z向位移進行檢測,雙頻激光檢測系統的總體布局如圖中所示。系統中共有7套雙頻激光干涉系統,共用一套雙頻氮氖激光器作為激光源經分光鏡分成不同光路。在機床橫梁的左端有獨立的檢測基架(用熱膨脹系數很低的鋼鋼制造),上面裝4套激光千涉儀,在滑座上有相應的反射鏡檢測滑座的水平“X向”位移,用4套激光干涉儀的原因是防止滑座運動時的歪斜。在滑座的頂部裝有三套激光于涉儀,檢測刀座的垂直“Z向”位移,使用三套激光干涉儀的原因也是要防止刀座運動時的歪斜。采用上述多路雙頻激光干涉測量系統,可得很高測量精度,精密數控系統根據測量結果進行反饋控制,使運動部件達到極高的運動位移精度,從而達到極高的加工精度。
