要達(dá)到亞微米級(jí)和納米級(jí)的加工精度,機(jī)床超精密部件運(yùn)動(dòng)精度的檢測(cè)是一個(gè)極為重要的方面。
在超橢密機(jī)床上定位檢測(cè),廣泛采用激光干涉測(cè)量系統(tǒng),這也是***高精度的檢測(cè)方法,一般定位精度可達(dá)(02-03)m/1000m,***高精度可達(dá)0.013m/1000mm。
激光干涉測(cè)量系統(tǒng)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(jī)床上定位檢測(cè)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(dá)1ma超橢密加工機(jī)床向納米級(jí)精度發(fā)展,雙頻激光干涉器是***要發(fā)展的器件。光鋤是機(jī)床上應(yīng)用較廣泛的檢測(cè)元件,隨著超精密專用機(jī)床及檢測(cè)儀器的進(jìn)一步發(fā)展,國外已有0.001m及納米級(jí)分辨力的光柵。
檢測(cè)過程是由精密閉環(huán)控制系統(tǒng)控制的。在加工工件時(shí),機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件的位移,由裝在機(jī)床內(nèi)部的雙頻激光干涉測(cè)距系統(tǒng)隨機(jī)精確監(jiān)測(cè),將數(shù)據(jù)反饋給精密數(shù)控系統(tǒng),進(jìn)行閉環(huán)控制,保證位移運(yùn)動(dòng)的高精度。例如Mome公司的M18AG型和 Pneumo公司的MSC325型超精密機(jī)床,都在機(jī)床內(nèi)裝有兩套密封的雙頻激光干涉測(cè)距系統(tǒng),精確監(jiān)測(cè)Z向和X向的位移。雙頻激光干涉系統(tǒng)的測(cè)量精度受環(huán)境干擾(如溫度濕度、氣壓、氣流塵埃、振動(dòng)等)影響甚大,因此必須采用保護(hù)、密封和補(bǔ)償修正等措施才能得到精確的測(cè)量結(jié)果。
下面是美國LNL**實(shí)驗(yàn)室的IODM大型超精密機(jī)床中,使用雙頻激光干涉儀進(jìn)行隨機(jī)監(jiān)測(cè)的例子。
IODTM大型超精密機(jī)床系立車形式,滑座(重18t)在機(jī)床的橫梁導(dǎo)軌中作水平的X向運(yùn)刀座(20kg)在滑座的導(dǎo)軌中作垂直的z向運(yùn)動(dòng)。使用雙頻激光干涉測(cè)距系統(tǒng)對(duì)X向和z向位移進(jìn)行檢測(cè),雙頻激光檢測(cè)系統(tǒng)的總體布局如圖中所示。系統(tǒng)中共有7套雙頻激光干涉系統(tǒng),共用一套雙頻氮氖激光器作為激光源經(jīng)分光鏡分成不同光路。在機(jī)床橫梁的左端有獨(dú)立的檢測(cè)基架(用熱膨脹系數(shù)很低的鋼鋼制造),上面裝4套激光千涉儀,在滑座上有相應(yīng)的反射鏡檢測(cè)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(yùn)動(dòng)時(shí)的歪斜。在滑座的頂部裝有三套激光于涉儀,檢測(cè)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(yùn)動(dòng)時(shí)的歪斜。采用上述多路雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng),可得很高測(cè)量精度,精密數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行反饋控制,使運(yùn)動(dòng)部件達(dá)到極高的運(yùn)動(dòng)位移精度,從而達(dá)到極高的加工精度。
