基于激光尺的机床动态测试系统特性研究.pdf

第 1 2期 2 0 1 5年 1 2月 组 合 机 床 与 自 动 化 加 工 技 术 M od u l a r M a c h i n e To o l Aut o m a t i c M a n u f a c t u r i ng Te c h ni q u e NO ． 1 2 De c ．20 1 5 文章编号 1 0 0 1 2 2 6 5 2 0 1 5 1 20 0 6 5 0 5 D O I 1 0 ． 1 3 4 6 2 ／ j ． c n k i ． m m t a m t ． 2 0 1 5 ． 1 2 ． 0 1 8 基于激光尺的机床动态测试系统特性研究 姜歌 东 ， 窦成东 ， 陈 疆 1 ． 西安交通大学 装备智能诊断与控制研究所 ， 西安7 1 0 0 4 9 ； 2 ． 长安大学 道 路施工技术 与装备教 育部 重点实验 室， 西安7 1 0 0 6 4 摘要 激光尺具有测量精度 高、 测量范 围不受物理 限制 ， 配置简便等特 点。文章利 用激 光尺测量装 置 ， 进行 了数控机床综合动态特性在线测试。首先， 研究了激光尺的安装调试和测试方法， 提 出了快 速简洁的激光光路调整方法 ； 其次， 通过对影响激光尺测试精度的相关 因素进行 深入 实验分析 ， 提 出 减少外界 因素干扰的有效方案 ； 最后进行 了基于激光尺的数控机床进给 系统动 态特性 实际测试 ， 证 明激光尺测试装置在数控机床动态特性测试 中的准确性与实用性。 关键词 激光尺； 动态测试； 机床 ； 进给 系统 中图分类号 T H1 6 6； T G 6 5 9 文献标识码 A Re s e a r c h o n Te s t i ng Sy s t e m o f M a c h i n e To o l Dy na mi c Ch a r a c t e r i s t i c s Ba s e d O i l La s e r Ru l e r J I AN G Ge d o n g ， DO U C h e n g d o n g ， C HE N J i a n g 1 ． E q u i p me n t I n t e l l i g e n t D i a g n o s i s a n d C o n t r o l R e s e a r c h I n s t i t u t e ，X i a n J i a o T o n g U n i v e r s i t y ，X i a n 71 0 0 4 8，Ch i n a； 2 ． Ke y L a b o r a t o r y o f Ro a d W o r k i n g Te c h n i q u e a n d Eq u i p me n t ，Mi n i s t ry o f Ed u c a t i o n，Ch a n g a n U n i v e r s i t y ， X i a n 7 1 0 0 6 4 ， C h i n a Ab s t r a c t La s e r r u l e r i s a s e n s o r wi t h h i g h me a s u rin g a c c u r a c y a n d c a n b e a r r a ng e d i n wo r k h o l d i n g d e v i c e t o i m p l e m e n t d y n a m i c m e a s u ri n g ma c h i n e t o o 1 ． T h e o v e r a l l o b j e c t i v e o f t h i s s t u d y i s d i s c u s s i n g s o me p r o p e r - t i e s o f l a s e r me a s u rin g d e v i c e b y s o me e x p e rime n t s ．Th e t e s t e x p e rime n t s wh i c h we r e u s e d c o n s i s t e d o f a n a - l y z i n g l a s e r ru l e r S me a s u rin g a c c u r a c y r e l a t e d f a c t o r s a n d t e s t i n g d y n a mi c c h a r a c t e ris t i c s o f CNC ma c h i n e f e e d u n i t ．F r o m e x p e rime n t s ，s o me e x i s t i ng p r o b l e ms are f o u n d i n t h e a p p l i c a t i o n o f me a s u r e me n t d e v i c e b a s e d o n l a s e r r u l e r a n d s o l v e d b y t h e f u r t h e r e x p e rime n t ．Th e r e s u l t s o f e x p e rime n t i n d i c a t e t ha t me a s u r e - me n t d e v i c e b a s e d o n l a s e r r u l e r i s mo r e p r e c i s e an d p r a c t i c a 1 ． Ke y wo r ds l a s e r r u l e r ；d y n a mi c t e s t i n g；ma c h i n e t o o l ；f e e d u n i t O 引言 数控机床的加工误差最终积累在末端工件上 ， 对 加工工件和机床的动态检测是控制加工精度 的关键。 激光测量准确度高、 动态响应快 、 测量范围大 ， 能非接 触测量。激光测量装置有激光干涉仪、 激光尺及专用 的激光测量装置等 ， 用于机床运动检测 、 工件的精密测 量和机器人运动定位等。激光干涉仪属于外置传感 器 ， 价格较高， 安装调整费时、 复杂， 需专业人员操作。 开发专用测量装置需专业技术和较高的成本。对用户 来说 ， 利用以上两种装置获取机床的状态信息并非合 理的解决方案。激光尺是基于多普勒激光原理开发的 位置检测装置 ， 具有结构紧凑 ， 易于安装， 阿贝误差小 ， 性价 比高等特点。激光尺安装在工件夹持部位 ， 采集 工件的位移信息 ， 实现机床系统的动态检测。 从文献报道来看 ， 相关的研究主要集中在基于激 光尺的产品研发方面。苏州光动精密仪器公司把 L S D 激光尺安装在 I n g e r s o l l 公司的高速机床上， 提高 了机 床的运动速度、 进给速度和加 、 减速度的精度 。清华 大学的李鑫利用激光尺， 解决了平面电机在较大加速 度运动条件下 ， 前馈系数难以提高的问题 ， 提高了加、 减速阶段 的伺 服性 能 。 日本庆 应大 学 的 H i r o a k i l w a i 和 K i m i y u k i Mi t s u i 开发了基于激光尺的三位坐标 检测装置， 能测量任意数控机床的刀具路径 ， 用于立式 加工中心的直线和环形路径的测量 。浙江大学的王 金宝对激光尺的光点精度检测的 目标识别算法进行 了 研究 ， 对 目标识别的轮廓跟踪法和轮廓提取法进行 了 分析和比较 j 。激光尺还用于构建无传感器信息的数 收稿 日期 2 0 1 5 0 21 4 基金项 目 “ 高档数控机床与基础制造装备” 科技重大专项 “ 开放式高档数控系统 、 伺服装置和电机成套产 品开发与综合验证 2 0 1 2 Z X0 4 0 0 10 1 2 一 o 4 作者简介 姜歌东 1 9 7 0 一 ， 女， 陕西咸阳人 ， 西安交通大学教授 、 博士研究生导师 ， 研究方向为数字控制和制造技术 ， 精密机械及测量技术 ， 机电 系统动力学研究 ； 通讯作者 窦成东 1 9 8 9 一 ， 男 ， 山东临沂人 ， 西安交通大学硕 士研究生 ， 研究方向为数控机床动态特性检测 ， E m m1 d o u c h e n g d o n g 1 2 6 ． c o m。