Перейти к содержимому

Документация » Ошибки при измерениях

Ошибки при измерениях

Наиболее важным источником ошибок в измерениях геометрии станка является температура (или, точнее, изменение температуры) измеряемой машины. Например, если основание станка изготовлено из стали, длина основания увеличивается на 11,7 мкм при изменении его температуры на 1 ° K. Он показывает, насколько важно для очень точных измерений измерять температуру контролируемой части машины и использовать ее для корректировки показаний. Это непростая задача по нескольким причинам, но самая важная из них заключается в том, что при работе машины на ней возникают градиенты температуры. Это означает, что требуется более одного датчика температуры, и чем больше датчиков используется, тем выше точность. Более того, форма измеряемой части машины может «поглощать» часть расширения материала, или часть может быть изготовлена ​​из материалов с различной расширяемостью. Как было упомянуто здесь, температура влияет на точность также, поскольку она изменяет коэффициент преломления среды, в которой проводятся измерения (обычно это воздух, но может быть, например, вода). Было представлено уравнение Эдлена, показывающее, как изменяется коэффициент преломления воздуха при изменении температуры, давления и влажности воздуха. Ошибки, вызванные изменением длины волны, менее важны, чем упомянутые выше, но от них нельзя отказываться. Грубо говоря, ошибка 1 ppm (т.е. 1 мкм / м) вызвана: изменением температуры воздуха на o 1K, изменением давления воздуха на 4 гПа и изменением влажности воздуха на 30%.

Ошибка мертвого пути – это ошибка, связанная с изменением параметров окружающей среды во время измерения. Эта ошибка возникает, когда некоторая часть светового пути (мертвый путь) не включена в компенсацию температуры (как воздуха, так и основания), давления и влажности. Мертвый путь светового пути – это расстояние между оптическим интерферометром и основанием (или нулевой точкой) положения измерения (L1 на рисунке ниже). Пусть положение интерферометра и светоотражателя не меняется. При изменении температуры, давления или влажности воздуха длина волны изменяется на всем протяжении пути (L1 + L2). Длина пути изменяется также при изменении температуры основания. Но система коррекции будет использовать правильную длину волны только на длине L2 и исправит только эту длину. Коррекция не будет производиться на мертвом пути L1. Таким образом, лазерная система «переместит» базовую точку. Ошибка мертвого пути тем серьезнее, чем больше расстояние между интерферометром и базовой точкой. Эта ошибка особенно важна в лазерных интерферометрах, где интерферометр встроен в общий корпус с лазерной головкой, потому что в этом случае очень трудно уменьшить мертвый путь.

dead path

ИЛЛЮСТРАЦИЯ ОШИБКИ МЕРТВОГО ПУТИ

Если лазерный луч не параллелен измеряемой оси станка (т.е. Оптический путь не отрегулирован должным образом), тогда возникает разница между реальным расстоянием и измеренным расстоянием. Эта ошибка перекоса известна как косинусная ошибка, поскольку ее величина зависит от угла между лазерным лучом и осью станка (рисунок ниже).

cosine

НЕПРАВИЛЬНОЕ ВЫРАВНИВАНИЕ ЛУЧА – ПРИЧИНА ОШИБКИ КОСИНУСА 

Если в качестве отражателя используется плоское зеркало, то луч должен быть перпендикулярен ему. Если машина меняет свое положение из точки A на точку B, то луч остается перпендикулярно зеркалу, но перемещается по его поверхности. Расстояние, измеренное лазерным интерферометром cosine sign, будет меньше реального расстояния  cosine sign2, в соответствии с формулой:

cosine formula

Вышеприведенное уравнение справедливо также, когда в качестве отражателя используется рефлектор в виде углового куба. Единственный метод устранения косинусной ошибки – это правильная юстировка лазерного луча перед измерением.

Ошибка Аббе возникает, когда во время измерения измеряемая деталь не движется идеально прямо и возникают угловые движения, вызывающие наклон световозвращателя. Наклон отражателя тем больше, чем больше расстояние между осью измерения и осью движения. Это расстояние называется смещением по Аббе. Важны только движения по оси измерения (см. Рис.). Ошибки Аббе можно избежать только при отсутствии угловых перемещений ретрорефлектора по оси измерений.

abbe error

ИЛЛЮСТРАЦИЯ ОШИБКИ ABBE

Как уже упоминалось, при лазерных измерениях нестабильность длины волны лазера напрямую меняет показания интерферометра, например относительная нестабильность лазера в диапазоне 1 ppm вызывает ошибку в 1 мкм на каждые 1 м измеренного расстояния. Поэтому ошибка нестабильности лазера важна в основном при измерениях в вакууме (где коэффициент преломления постоянен) и при использовании лазера с низкой стабильностью (например, полупроводникового лазера). Стабильность обычно используемых в лазерных измерительных системах газовых лазеров HeNe составляет 0,02 ppm, поэтому погрешностью стабильности можно пренебречь.

В некоторых условиях заметная ошибка может быть вызвана электронной частью интерферометра. Поскольку электроника используется в основном для счета, ошибки могут быть связаны либо с неправильным счетом (некоторые импульсы не учитываются), либо с просчетом (расчеты производятся с конечной точностью).

Чтобы показать, какая из ошибок больше всего влияет на точность лазерной измерительной системы, ниже показан примерный расчет ошибок на стальном станке длиной 1 м. Следует учитывать разные масштабы графиков.

summary

РАСЧЕТ ОШИБОК ДЛЯ СИСТЕМЫ ЛАЗЕРНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ БЕЗ КОМПЕНСАЦИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

summary2

РАСЧЕТ ОШИБОК ДЛЯ СИСТЕМЫ ЛАЗЕРНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ С КОМПЕНСАЦИЕЙ СРЕДЫ