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1、,API和传统干涉仪的比较,概 述,机床的误差的分析是一门非常复杂的课程,机床主要误差源,温升热变性误差,操作误差,几何误差（21项）,线性定位误差 xx及yy方向的直线度误差 俯仰角 偏摆角 滚动角,主轴温升 导轨温升变性 切削热变性,刀具安装 工件定位 切削速度,对于一台高精密加工机床来说，主要误差来源以下几部分： 1、几何误差（21项）： 一台机床三个轴中每个轴均有6项误差，即：线性定位误差、xx及yy方向的直线度误差、俯仰角、偏摆角、滚动角。这样三个轴总共18项误差，再加上每个轴两两间的垂直度误差，则总计21项几何误差。 2、温升热变性误差： 主要集中在主轴温升、导轨温升变性、切削热变
2、性等等，此类误差的来源要根据不同行业的实际应用来确定。 3、操作误差： 此类误差主要体现在机床操作者使用机床时的技术水平。例如：刀具安装是否正确、工件定位是否准确牢固、选择切削速度是否合理等等。 当然对于机床的误差的分析是一门非常复杂的课程，现只就21项几何误差的测量做一简单的分析比较,上页讲稿,双频激光干涉仪 单频激光干涉仪 双频激光干涉仪和单频激光干涉仪在测量精度上是一样的,激光干涉技术应用于机床精度的测量,人们起初是将激光干涉用于做3m长的反射镜的定位，结果发现这种定位方式将定位误差控制的非常好，所以后来才及把干涉定位技术应用于机床测量 其激光精度一般可达0.01m或10nm 最早将激光
3、干涉测量方式做成一种测量产品激光干涉仪，由于当时的光电元器件发展的还不够好，会因为外界光强的变化而受到影响，为了避免这个因素，所以HP公司将He-Ne激光器内增加了两个磁极，让激光器射出来的光有了一个频差，这样就很好的消除了外界光的影响，即双频激光干涉仪；而光电元器件发展到了今天，外界光源已不再对其构成任何影响，所以现在的双频激光干涉仪和单频激光干涉仪在测量精度上是一样的,上页讲稿,激光干涉仪的生产厂家,现在激光干涉仪作为检验和标定机床和三坐标测量机的常用计量仪器，已在国内有 了广泛的应用 现今在国内主要有API、HP、RENISHAW等著名的几个品牌 我们比较API和其他几种激光干涉仪的不同
4、，以供大家参考,HP为双频激光干涉仪，大约在80年代中期进入中国市场，其为国际上最早将激光干涉测长技术制成计量产品并成功应用于机床测量的厂家，但因其公司对侧重产品的转移，激光干涉仪近些年没有什么改进，仍然沿用很早以前的技术，并且将工厂移至新加坡 RENISHAW为单频激光干涉仪，大约在93年左右进入中国市场，其测量方式与配件和HP干涉仪类似，测量复杂，便携性差,上页讲稿,API 为单频激光干涉仪，大约在2000年API的激光干涉仪开始进入中国市场，作为激光干涉仪市场上的一个后来者， API认真研究了两者的优缺点，扬长避短，依靠自己的技术特点，巧妙的将激光干涉技术和光电自准直技术有机的结合了起来
5、，发明了最新一代的XD激光干涉仪，API的创造性的发明和设计大大地提高了激光干涉仪的工作效率、测量精度及便携性。,API激光干涉仪的特点,一 次 安 装 测 量 21 项 精 度 指 标,包括一个定位精度，XX及YY两个方向直线度，偏摆、俯仰、滚动三个角度， 把反射镜换成五棱镜既可以测量两轴间垂直度。,API干涉仪可一次安装测量21项精度指标,包括一个定位精度，XX及YY两个方向直线度，偏摆、俯仰、滚动三个角度，把反射镜换成五棱镜既可以测量两轴间垂直度。,对于测量机床而言，测量全部误差所用的时间越短，越能够真实的反应所测机床的真实情况。当用传统干涉仪测量时，因在测量各项指标时更换光学镜调整光路
6、上要浪费大量的时间，所以在测量完毕后因所用的时间过长而不能很好的反应出机床本身的真实情况,API干涉仪测量原理,API XD-5D,先进的结构设计,有的用户很担心API激光干涉仪采用干涉镜与激光器一体的设计，这样会使干涉镜受到激光器发热而漂移，从而影响测量精度，这样的的担心大可不必，API公司采用了稳定钢球与绝热层的双重定位设计（如下图），将干涉镜用高绝热层与激光器主机隔开，从而避免了干涉镜受热变形，用稳定钢珠将干涉镜前端的干涉区与下端底盘定位相连，从而使激光管及电路板发热而引起的热膨胀方向沿稳定钢珠中线向后，使得干涉镜不受影响，保证了测量准确性。,上页讲稿,一、线性测量的比较,其它厂家定位精
7、度测量,激光头安装在机床工作台之外，机床所受的震动干扰和激光头的不同，产生测量误差。特别是在带有空气弹簧减震系统的机器 另外，传统仪器在对光路的过程中为三点对光，操作较复杂，依靠电脑上的光强条的强弱来调整激光头消除余弦差，不够精确,API干涉仪测量机床线性精度,API激光干涉仪不用三脚架，安装方便；两点调光，对光迅速；数字化精确去除余弦差，测量准确,二、直线度测量的比较,其它厂家直线度测量,如果测量水平方向的直线度反射镜要水平放置，光路要再调整一次，如果测量3轴6个直线度。需要安装6次光学镜，调整6次光路。,测量长距离直线度时，用长距离直线度测量镜,传统干涉仪直线度测量原理,传统干涉仪测机床直
8、线度是通过经分光镜分出的两束光经直线度反射镜返回干涉镜后产生的光程差与固定角度的比值计算出的（如下图），是非1：1的测量，测量时绝不允许断光，分光时的角度决定了测量直线度的精度，分角越大灵敏度越好，但对于分角越大所测得距离就会越短，所以传统干涉仪测直线度时分为短距离镜组和长距离镜组，且分光角度和反射镜的平面度决定了测直线度的精度 测量直线度时调整光路的要求是非常苛刻的，一定要保证分出的两条光路与直线度反射镜两镜面垂直且还要保证光束准直，直线度镜组间有严格的匹配关系，即使横向和纵向反射镜间也绝不允许互换使用，这样就使得镜组复杂繁多，给日常维护带来极大的不便,API干涉仪直线度测量原理,API干涉
9、仪是应用现今世界上最前端的PSD技术来实现直线度的测量的。 PSD光电位敏传感器是一种新型的光电器件，又称精密坐标光电池。它可将光敏面上的光点位置转化为电信号，且当入射光一定时，单个电极的输出电流与入射光点距PSD中心的距离成线性关系 当入射光经分光镜射到PSD光靶上后，如果导轨直线度有误差值，则落在光靶上的光斑会在其坐标系上直接1：1得出其两个方向的坐标值，即XX、YY直线度值 基于以上原理可知API干涉仪测直线度时是不怕断光的，并且通过初始精确调零直线度数值可使得长度定位余弦差精确的减到最小,三、垂直度测量的比较,其它厂家垂直度测量,测完一轴后，所有镜子需重新安装，测量3轴的垂直度需要安装
10、3次光学镜，调整3次光路，光路十分复杂调整需要很高技巧。,API干涉仪测量垂直度,其他厂家测量垂直度原理,因测量垂直度首先要测量两轴的直线度，在传统干涉仪中测量组件是由直线度组件的基础上加上一个垂直度镜组构成，这样既可在以一根轴直线度为基准的基础上，测量出另外一根轴的直线度，从而得出两轴的垂直度 因测量过程中需单独调整的镜组多达四个，光路数量多达12条，故调整起来十分复杂，对于一个没有丰富测量及应用此测法的测试人员来说很难调整出来,API干涉仪测量垂直度原理,因测量垂直度时首先要测直线度，然后才能评价垂直度，API激光干涉仪的直线度的测量是通过PSD技术1：1进行测量的，所以API干涉仪测两导
11、轨垂直度时只需一个五角棱镜既可，无需其他镜组，这样便使得装、调非常方便，并且在测完两导轨的垂直度的同时，两导轨的定位精度、直线度甚至如果您用的是XD-5D干涉仪，则两导轨各自的俯仰、偏摆角都一次测出，这样就大大节省了您测量所占用机床的时间，并且在相当短的时间内测出了机床的所有几何误差，给进一步的对机床分析提供了可靠的依据,四、小角度测量的比较,其它厂家偏摆、俯仰角测量,测量单一轴的单一角度，要重新调整光路，测量三轴6个角度需安装6次光学镜，调整6次光路。测量非常复杂,其他厂家干涉仪测量小角度原理,传统干涉仪测角时，激光束被角度干涉镜中包含的分光镜一分为二。一部分光束 (A1) 直接通过干涉镜，
12、并从角度反射镜的某一半反射回激光头。另一条光束 (A2) 通过角度干涉镜的角度分光镜，传到角度反射镜的另一半，角度反射镜使光束通过干涉镜返回到激光头。 通过比较光束 A1 和 A2 之间的光程差获取l值，再通过正弦计算从而得到角度测量值。 因在参与计算的参数中d是个固定的数值，而在实际测量过程中d却是一个变化的参数，主要影响d值变化的因素为： 1、角度反射镜受外界环境温度因素影响而产生变化 2、在测量过程中，受机床滚动角影响而发生变化,API干涉仪小角度测量原理,API干涉仪是应用PSD技术来实现小角度的测量的（如图），当入射光经分光镜射到凸透镜上后，如果导轨无角度变化，则光线经透镜聚在焦点上
13、；如果导轨有角度变化时，则光线会在焦平面上的PSD光靶上得到两个方向的坐标值，从而与焦距比较得出角度值。 基于以上原理可知API干涉仪测小角度时有以下特点： 1、因应用的是PSD技术，所以在测量角度过程中是不怕断光的 2、不受滚动角的影响，调整光路容易、精确,五、API干涉仪独有技术,API XD激光干涉仪测滚动角,对角线的测量,只测量定位精度 不使用5D传感器只用一般反射镜,API干涉仪测量两导轨平行度,API干涉仪测量平板平面度,用5D/6D干涉仪测量转台,API干涉仪测量转台分度精度,API干涉仪测量转台分度精度,因API激光干涉仪测量小角度时是不怕断光的，所以其具有自准直仪功能，可配合
14、多面棱体测数控转台转角精度,技术指标比较,结论: 由于API进入市场较晚，因此他必须要有较强的技术优势才能在市场竞争中站稳脚跟， API的突出的优势有以下几点：,1） 两点调光，容易调；一次安装测量21项精度指标，效率高。实际比较的结果：一台机床全项精度测量，熟练的测量人员使用HP和RENISHAW激光干涉仪，大约需要3天的时间；使用API 6D 仪器大约需要半天时间。 2）由于时间的缩短，使得机床检测数据的稳定性和重复再现性得以保证。 3）只有API可以单机完成两导轨间的平行度的测量。而HP和RENISHAW不能测量（需要用其他设备来实现，费时费力，准确度差）。而对于机床来讲，这是一个不容忽视的检验项目。 4） HP和RENISHAW的偏摆、俯仰角测量非常麻烦，时间非常长，尤其实现两轴间垂直度的测量，光路非常复杂；并且还不能测量滚动角，而却恰恰又是机床标准规定的测量项目。 5）体积小，重量轻，便于工厂现场装配测量和出差到用户现场测量使用。 6）API有着极其完善的技术团队作为您的售后服务保障。,XD-6 -重量轻、体积小、携带方便 长、宽、高：600mm*330mm*250mm,球 杆 仪,API专利产品平行偏簧式球杆仪,角 摆 检 查 仪,API用角摆仪测量倾斜工作台或倾斜转台,用角摆仪测量机床主轴A、B角 （API唯一可以实现）,光电自准直仪,API数字式光电自准直仪,
