Документация » Прямолинейность
Прямолинейность
Основы
В приборе HPI-3D измерения прямолинейности можно выполнять тремя различными методами: угловым, волластонским и 3D.
Угловой метод предназначен для использования при измерении прямолинейности основания (как оптический автоколлиматор);
Метод Волластона предназначен для измерений «движения в пространстве» – например, можно охарактеризовать движение стола станка или рабочего инструмента;
3D-метод используется для быстрой оценки «движения в пространстве» – как и метод Волластона, но измерение выполняется сразу по трем осям.
Основные параметры этих методов описаны в технических данных Lasertex ниже.
Измерение | Диапазон | Разрешение | Точность |
---|---|---|---|
Угловой метод | 0-15 м | 0.01 мкм (для базы в 100 мм) | ± 0.2 % |
Метод Волластона | 0.3-9 м | 0.01 мкм | ±(10+10*L) мкм |
3D-метод | 0-6 м | 0.1 мкм | ±0.5% x L мкм |
Выберите один из следующих способов:
Угловой метод
Метод Волластона
3D-метод
Угловой метод
Когда расстояние между оптическими элементами изменяется, частота обоих лучей изменяется в соответствии с эффектом Доплера. Лазерная головка замечает движение только в том случае, если есть вращение IK1 по сравнению с RK1, то есть когда есть разница в длинах путей луча. Затем измеренное расстояние можно использовать для определения угла поворота (тангажа или рыскания машины) или вертикального перемещения оптического компонента (IK1 или RK1).
Лазерная головка с угловой оптикой нечувствительна к линейным движениям.
На рисунке справа схематично показан RK1 на тележке со всеми параметрами, важными для расчета. Для наглядности позиция IK1 трактуется как ориентир. Значение параметров:
L – длина базы;
s – расстояние между лучами на элементах IK1 и RK1;
x – расстояние, измеренное лазерной головкой
α – угловой поворот элемента RK1
h – разница в высоте между двумя точками измерения
Лазерная головка измеряет параметр x, в то время как расстояние между лучами s и длина основания L должны быть установлены в параметрах программного обеспечения HPI. Тогда угол поворота α и перемещение в вертикальном направлении h можно рассчитать по формуле:
Примечания к применению
- Угловая оптика может использоваться для:
- Измерение тангажа или рыскания машины
- Измерение прямолинейности станины станка
- Измерение малых углов
Измерение тангажа или рыскания машины и прямолинейности станины машины
Стоит отметить, что такой метод измерения прямолинейности требует правильного выбора точек измерения.Выбор точек плотнее размера каретки приводит к завышенным значениям ошибок прямолинейности (форма ошибки правильная).
Выбор слишком разреженных точек может повлиять как на форму, так и на величину ошибки, как показано на рисунке. В этом особом случае из-за слишком малого количества точек измерения лазер не заметит изменения формы направляющей – измеренное расстояние между лучами не изменится!
Измерение малых углов
Измерение малых углов позволяет очень точно измерять небольшие повороты при соблюдении двух условий:
- измеренный угол в пределах ± 5 градусов
- расстояние между RK1 и лазерной головкой не изменяется более чем на несколько сантиметров.
Метод Волластона
На рисунке показано объяснение работы элемента WP2. Эта призма состоит из двух склеенных вместе двулучепреломляющих треугольных призм. Обе призмы изготовлены из одного материала, но их обыкновенная и необычная оси перпендикулярны друг другу, т.е. коэффициент преломления обыкновенной оси левой призмы nol равен значению коэффициента необычной оси правой призмы.
Из-за этого ортогонально поляризованные лазерные лучи, входящие в элемент Волластона, отклоняются под разными углами на средний пограничный слой и на правый пограничный слой. Такое поведение легко доказать с помощью закона Снеллиуса. Угол между выходящими лучами часто обозначается как Θ.
Лазерная головка с оптикой Wollaston чувствительна к угловым перемещениям рефлектора!
Из-за чувствительности показаний лазера к угловому перемещению WRP2 важно, чтобы во время измерений элемент WRP2 не касался и не перемещался.
Примечания к применению
Хотя можно измерить прямолинейность по перемещению элемента WP2 или WRP2, но есть определенные различия. В WRP2 этот элемент должен быть неподвижен во время измерения (т.е. не должен перемещаться по лазерному лучу). Поскольку WRP2 ведет себя на одной из осей как зеркало, любое угловое перемещение WRP2 по этой оси может привести к тому, что лазерный луч не вернется к лазерной головке, и существенно повлияет на результаты измерения!
При перемещении WP2 таких проблем не возникает. Единственный недостаток – меньший диапазон измерения. WP2 можно перемещать на ± 2 мм, в то время как максимальный диапазон измерения WRP2 составляет ± 30 мм (но только когда расстояние между WP2 и WRP2 составляет 4,5 м).
3D-метод
Затем измеренное положение используется либо для точного контроля выравнивания траектории лазерного луча, либо для измерений прямолинейности, прямоугольности или параллельности. Трехмерное измерение возвращает абсолютные значения положения луча. Это отличается от основной, интерферометрической оси измерения, где полученные результаты являются инкрементальными.
Примечания к применению
Опцию 3D можно использовать для быстрой оценки прямолинейности одновременно по двум осям, но с некоторыми ограничениями, обусловленными физической природой измерений.
В отличие от всех интерферометрических измерений, лазерная головка принимает активное участие в измерениях, т.е. ее положение и ее колебания влияют на результаты измерения. По этой причине важно избегать использования штатива и фиксировать лазерную головку непосредственно на измеряемом станке.
Трехмерное измерение основывается на положении возвратного луча на позиционно-чувствительном устройстве. Таким образом, важно, чтобы луч оставался в пределах диапазона измерения устройства, т.е. ± 1 мм. Использование опции 3D за пределами этого диапазона приведет к ненадежным результатам.
Как и во всех лазерных измерениях прямолинейности, турбулентность воздуха влияет на результаты. Небольшое рысканье лазерного луча может быть компенсировано схемой обработки сигнала внутри лазера с изменением времени усреднения (подробнее см. Описание программного обеспечения). Если движение воздуха слишком велико, то есть когда луч, возвращающийся к лазеру, выходит за пределы окна ± 1 мм, то результаты трехмерных измерений могут стать непригодными для использования. В такой ситуации необходимо использовать либо экранирование от движения воздуха, либо вентилятор, нагнетающий движение воздуха. Проблема с турбулентностью воздуха более серьезна при больших расстояниях между лазерной головкой и элементом RL1.