API公司激光干涉仪介绍资料

激光干涉仪用户 (二)
序号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 北京第一机床厂 大连重工集团公司 大同机车 北京交通大学 油机机械（昆山）有限公司 明鑫机床厂 哈尔滨东安发动机 任丘机床 时代公司（鞍钢机械厂） 沈阳黎明发动机厂 用户名称 产品名称 6D激光干涉仪 激光干涉仪 5D激光干涉仪 5D激光干涉仪 激光干涉仪 激光干涉仪 5D激光干涉仪 激光干涉仪 5D激光干涉仪 3D激光干涉仪 数量 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1
不怕断光，可用于导轨的安装调试(类似于自准直仪) 对直线度进行1:1的测量 可一次性安装, 与线性误差一起测量, 方便, 快速
PSD位置敏感 检测器
y -x -y x
直线度测量
测量结果输出
三、垂直度测量
垂直度测量 — 重要性
当垂直度误差为10秒时，两米的行程上偏差约为: 0.1 MM !
垂直度测量— 旧的方法
激光干涉仪用户 (三)
序号 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 宁波计量所 大连华凯机床有限公司 芜湖计量所 西安理工大学 安阳机床厂 宝力机械有限公司 深圳联金烽机械有限公司 保定螺旋浆制造厂 华隈机床厂 深圳市壹兴佰精密仪器有限公司 5D激光干涉仪 1 用户名称 产品名称 6D激光干涉仪 5D激光干涉仪 5D激光干涉仪 5D激光干涉仪 1D激光干涉仪 6D激光干涉仪 3D激光干涉仪 5D激光干涉仪 1D激光干涉仪 3D激光干涉仪 数量 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1
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
α d d Δl
偏摆角/俯仰角测量 — API XD的方法
先进的PSD技术来测量小角度: 当入射光经分光镜射到凸透镜上后，如果轴无角度 变化，则光线经透镜聚在焦点上；如果轴有角度变化，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 测量角度过程中不怕断光, 可用于导轨的安装调试 不受滚动角的影响，调整光路容易、精确
设计理念:
大大提高测量效率,减少机床受检时间 最高测量精度: 0.5 ppm (标准型) 0.2 ppm (精密型) 提高实际测量精度 降低使用难度 便携性
XD系列激光干涉仪特点
测量机床全部误差所用的时间越短，越能 够反映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 学镜调整光路上要浪费大量的时间，难以 保证机床检测数据的稳定性和重复再现性
XD系列激光干涉仪特点
测量原理 (五维)
干涉仪 主 机 干涉镜 俯仰及偏摆 角检测模块 干涉仪 分光镜
直线度检 测模块 干涉仪 磁性座 干涉仪 反射镜
XD系列激光干涉仪特点
测量原理 (六维)
+电子水平仪
XD系列激光干涉仪特点
先进的结构设计
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
API激光干涉仪测量小角度时是不怕断光的， 与自准直仪类似，可配合多面棱体测数控转 台分度精度(配置成本低). 传统干涉仪因不能断光而不具备这一功能.
六、API XD 检测示意及实例
API XD 检测第一轴(示意)
API XD 检测第二轴及垂直度(示意)
API XD 检测第三轴及垂直度(示意)
API干涉仪
反射镜
五角棱镜
垂直度测量
测量结果输出
四、偏摆角/俯仰角测量
偏摆角/俯仰角测量— 旧的方法
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，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Δl值，再通过正弦计算从而得到角度测量 值α 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、角度反射镜受环境温度影响而产生形状位置误差 2、在测量过程中，受机床滚动角影响而发生变化 测量过程不能断光, 很难用于导轨的安装调试
检测机床/CMM(坐标测量机)对角线(示意)
API XD 检测导轨平行度(示意)
适用于XD-3D、5D或6D
同时测量水平面和垂直面内的平行度
API XD 检测平板平面度(示意)
待测面 传感器和平台
激光头
机床(VMC)检测
美国Brown & Sharpe 坐标机检测
(旧)机床检定 (波音工厂)
激光器 发热区 绝热层 干涉镜 反射镜
实际热膨胀方向 调节钢珠 稳定钢珠
XD系列激光干涉仪特点
重量轻、体积小、携带方便
长470 mm x 宽400 mm x 高250 mm
一、线性定位误差测量
线性定位误差测量— 旧的方法
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上 三点对光，操作复杂 依靠电脑上的光强条的强弱来对, 余弦差较大
d1 -d2 L 平行光入射时 L 非平行光入射时
y -x 透镜 -y PSD光电位置 敏感检测器 x
测量结果输出
偏摆角
俯仰角
滚动角
五、API XD干涉仪独有技术
API XD干涉仪独有技术 — 滚动角测量
采用双电子水平仪技术
+电子水平仪
API XD干涉仪独有技术 — 水平转台测量
测量转台的分度精度
机床单一直线轴几何误差(示意)
直线度误差 (XX及YY方向) (偏摆角) (俯仰角)
(滚动角) 线性定位误差(定位精度, 重复定位精度, 反向间隙)
API公司 XD系列激光干涉仪
线性定位误差
(定位精度, 重复定位精度, 反向间隙)
一维测量系统 XD – 1D
标准型&精密型
直线度误差 数控直线轴
(XX及YY方向)
几何误差 (21项/3轴)
垂直度 偏摆角 俯仰角 数控转台甚至旋转轴 滚动角
三维测量系统 XD – 3D 五维测量系统 XD – 5D 标准型&精密型 六维测量系统 XD – 6D 标准型&精密型
XD系列激光干涉仪
偏摆角 直线度误差 (XX方向)
滚动角
俯仰角 直线度误差 (YY方向)
线性定位误差
影响机床几何误差的因素
线性定位误差测量
API XD干涉仪的测量方法:
一次安装也可同时测量其它五个参数;
可利用电脑中的直线度实时显示,
数字化精确去除余弦差，测量准确; 两点调光，对光迅速.
传统干涉仪因对光不准易产生余弦差 (导致测量值小于实际值)
线性定位误差测量
测量结果输出
二、直线度测量
直线度测量— 旧的方法
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），属非1:1的测量 测量时绝不允许断光, 不能用于导轨的安装调节, 只能用于最终评价 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，所以测直线度时分为短距离镜组(0.1 - 4 m)和长距离镜 (1 - 30 m)，且分光角度和反射镜的平面度随环境温度变形影响测量精度; 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
激光干涉仪用户 (四)
序号 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 用户名称 深圳新德丰精密机械公司 沈阳数控机床有限公司（沈阳东瑞） 中山市建德工业有限公司 东莞恒辉五金机器有限公司 上海市检测中心 特博精机（深圳）有限公司 浙江武义鸿业机床有限公司 辽宁省计量院 北京青云航空仪表有限公司 沈阳电器配件厂（沈阳东瑞） 产品名称 3D激光干涉仪 1D激光干涉仪 3D激光干涉仪 3D激光干涉仪 1D激光干涉仪 3D激光干涉仪 1D激光干涉仪 1D激光干涉仪 5D激光干涉仪 1D激光干涉仪 数量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
一次安装能测量6项精度指标
包括线性定位误差、XX及YY两个方向直线度、 偏摆角、俯仰角、滚动角
把反射镜换成五棱镜既可测量两轴间垂直度 两点调光线. 无需三脚架. 测量调整简单快速 传统激光干涉仪测量20项精度指标(三轴)，约需3天的时间；API干涉仪只约需半天! 测量直线度/小角度/垂直度/转台时, 不怕断光, 可当自准直仪用, 用于机床装配调试
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。
β
测量长距离(大于4米)直线度时， 需换用长距离直线度测量镜
α
激光器
干涉镜
直线度 反射镜
直线度测量— API XD的方法
应用先进的PSD技术
(光电位置敏感检测器。它可将光敏面上的光点位置转化为电信号)
empowering metrology solutions
美国自动精密工程公司（API）
www.apizc.com www.apisensor.com
API 公司简介
1987年创建. 快速成长 雇员: 约500人 专业计量仪器. 现代计量技术的发明人，如: 激光跟踪仪、 激光干涉仪、角摆检测仪等 ASME B5.54 (美国机械工程协会)会员; B89.4.19 美国测量系统标委会)的成员 经A2LA(美国实验室国家认可委员会)认证授 权的检定实验室, 产品无须第三方检定 全球性的公司: 在欧洲、亚洲和北美都有销 售&服务机构和公司 中国: 5个代表处 2个公司: 爱佩仪自动精密仪器科技(上海)有限公司
环境因素:
环境温度: 变化1 ℃, 引起误差: 1 ppm (1微米/1米长); 大气压力: 变化2.5 mmHg, 引起误差: 1 ppm: 相对湿度: 变化50%,引起误差: 1 ppm; 材料温度: 变化1 ℃, 引起误差: 11 ppm (钢), 23 ppm (铝);
激光干涉仪测量精度(标准型):
爱佩仪中测(成都)精密仪器有限公司
美国API公司 总部
美国, 马里兰州
机床主要误差
激光干涉仪
线性定位误差
主轴测量系统
主轴温升 温升热变性误差 导轨温升变性 切削热变性 直线度误差
(XX及YY方向)
几何误差 (21项)
垂直度 偏摆角(A) 俯仰角(B) 滚动角(C) 操作误差
刀具安装 工件定位 切削速度
仪器测量误差: 0.5 ppm (0.5微米/米) 激光长期稳频精度: 0.05 ppm
结论: 减少机床的受检时间十分重要!!!
XD系列激光干涉仪
• 约在2000年进入中国市场，是后来者 • 认真研究了前者的优缺点，扬长避短 • 结合激光干涉技术和光电自准直技术: 不仅可用 于精度的最终评价, 也可用于机床的安装调整
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在直线度组 件的基础上再加一个垂直度镜组构成，这样才可在以一根轴直线度为基准，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，故调整十分复杂 艰难
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
垂直度测量百度文库 API XD的方法
API XD激光干涉仪是通过PSD技术1:1进行直线度测量的，所以API干涉仪测两 轴垂直度时只需一个五角棱镜既可，无需其他镜组. 装/调非常方便快速 在测两轴的垂直度的同时，两轴各自的线性定位误差、直线度，偏摆角、俯仰 角都可一次测出，大大节省了测量所占用机床的时间，也可避免人为差错
使用API XD-5D后, 9 小时 1.5 小时 / 1轴
机床(HMC)导轨垂直度检测
激光切割机检测
数控立式磨床检测
七、用户清单
激光干涉仪用户 (一)
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 用户名称 航空部精密机械研究所 哈尔滨飞机制造厂 中国计量院 深圳计量院 信息产业部电子五所 福州大学 航天部五院529厂 重庆计量院 产品名称 5D激光干涉仪 激光干涉仪 6D激光干涉仪 5D激光干涉仪 1D激光干涉仪 5D激光干涉仪 5D激光干涉仪 5D激光干涉仪 5D激光干涉仪 5D激光干涉仪 6D激光干涉仪 9 成都中测院 1D激光干涉仪 1D激光干涉仪 10 中南精密机械公司 5D激光干涉仪 数量 2 3 1 1 2 1 1 1 1 1 2 4 2 1