L80雷射操作手册.docx

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1、雷射干预仪操作手册明江贸易股份编制手册内容一.RENISHAW 公司简介1二.雷射干预仪原理2(1)波的速度3(2)干预量测原理3(3)雷射干预仪4(4)雷射干预仪一般量测工程4三.留意事项5四.雷射干预仪防止误差及保养5(1)雷射干预仪防止误差5(2)雷射干预仪保养方法6五.安全及留意事项6六.雷射光原理及特性7七.雷射硬件介绍8八.雷射架设流程图15九.定位量测原理及操作16(1)线性定位量测原理16(2)量测方式17十.雷射易发生之人为架设误差20(1)死径误差20(2)余弦误差21(3)阿倍平移误差21十一.雷射操作之步骤22(1)软件安装之步骤22(2)执行量测软件22(3)定位量测

2、硬件架设之操作23(4)镜组架设前之留意事项24(5)镜组架设之步骤24十二.定位量测之程序范例29十三.定位量测之软件操作步骤30热漂移量测38快速功能键44十四.动态软件量测之操作45(1)动态量测硬件之架设45(2)执行量测之软件46(3)位移与时间48(4)速度与时间49(5)加速度与时间50十五.角度量设之操作52(1)留意事项52(2)镜组架设的种类53(3)镜组架测之步骤54(4)角度量测之软件操作步骤57十六.RX10 旋转轴之量测62(1)说明62(2)硬件配件之介绍62(3)硬件操作之步骤64(4)软件操作之步骤67十七.直度量测之操作75(1) 直度之分类75(2) 直度

3、量测之硬件架设75(3) 镜组架设之步骤75(4) 直度软件之操作步骤80十八.Z 轴直度镜组织架设方法85十九.垂直度量测之操作89(1) 垂直度镜组架设之步骤89(2) 软件操作之步骤95二十.平面度量测之原理与操作101(1) 硬设备101(2) 操作之原理102(3) 镜组架设之步骤102(4) 软件操作之步骤110RENISHAW公司简介RENISHAW 为一家英国公司,产品营销全世界,主要产品有三次元量床之测头、测针、BALLBAR 循圆测试仪、雷射干预仪等等及产品经NPL(英国国家标准)认证为ISO 9001 之合格厂商RENISHAW 公司为机器设备制造商供给量测检验系统的仪器

4、,供给各种用于机器精度检定的量测设备进而改善机器的精度RENISHAW XL80 高性能雷射干预仪是机床、三次元坐标量床及其它定位装置精度校准用的高性能仪器,由于最电子技术的应用,使其雷射波长格外稳定并保持了低本钱高效率的工作流程RENISHAW 产品介绍：雷射干预仪量测系统循圆测试仪器(BALLBAR)量测系统三次元测头测针系列黏贴式光学尺系列1雷射干预仪量测原理MICHELSON E0 干预原理两个频率振幅波长一样的雷射光波因相位变化而发生不同程度的干预a. 相长干预(建设性干预)b. 相消干预(破坏性干预)相长干预相消干预21. 波的速度Vf 假设f， const . 则 Vconst2

5、. 干预量测原理33. 雷射干预仪：一般雷射干预仪均为氦氖雷射,其雷射光为红色波长 0.6329m长期稳定误差 0.05ppm 以下(10 个波长相差 0.5 个波) 其优点：a. 测量范围大b. 简化以往光学仪器构造c. 测量速度快缺点：易受大气环境影响因波长常会随温度、气压、湿度而变化(因雷射光以空气为传递介质) 4.雷射干预仪一般量测工程：(一)定位精度、距离量测、重复性 (二)速度、加速度、动态量测(三)角度量测：a.垂直方向角度(pitch)b.水平方向角度(yaw) (四)真直度量测：a.垂直方向b.水平方向(五)直角度量测(六)平面度量测(七)平行度量测(八)旋转角度量测留意事项

6、：(1) 三脚架置于待测物适当位置,地基稳固不行摇摆及避开人员和机器碰触的地方(2) 三脚架之水平气泡调至中心位置固定(3) 信号线之插头,红点表示向上,各线接头缺口部份确实吻合方可插入(4) 各电源线、信号线连接或拔除时,各仪器需均在OFF 状态,否则会对仪器造成损害(5) 赐予稳定独立电源,确实不漏电环境中使用(6) 短距离量测(50mm 内)亦产生余弦误差,先校直度再作定位(6)对焦时避开反射回来的雷射光打在雷射光射出口处(7) 工具机先热机稳定后,再做雷射量测(8) 操作中确认XC80(环境补偿系统)是监控中,每 7 秒各侦测一项,以 42 秒为一次循环(9) 雷射干预仪设备存放地点尽

7、量保持干躁雷射干预仪防止误差及保养1雷射干预仪防止误差(1) 量测四周环境应尽量避开太阳光直接照耀或突然流淌的风产生扰流现象(2) 装设干预镜及反射镜在被测机台上时,必需结实,否则机台移动会造成不行预期的量测误差(3) 环境侦测感应器与材料温度感应器是否作动,必需于量测前确实检查,以免造成不必要的误差(4) 要获得最正确精度并削减误差,建议遵守以下规定： a在校验环境条件中执行量测 b激光束需作确实校直 c需留意量测时的四周条件 d结实地装设镜组(3) 在量测执行中不行因其它因素而中断,量测必需一次完成检验,假设发生量测中断情形,必需重执行检验52雷射干预仪保养方法(1) 使用时应防止碰撞及震

8、惊(2) 工作完毕应循操作方法反挨次逐一拆卸并且擦拭干净置回仪器盒内(3) 金属平台在使用完后应擦拭干净(4) 干预镜及反射镜片应使用光学镜片专用擦拭纸做圆形回转擦拭(留意严禁使用酒精或具有挥化性及腐蚀性之清洁液擦拭,请干擦,因镜面有镀一层蓝色薄墨,而激光束是靠此薄墨产生折射与反射,假设使用具有挥化性或腐蚀性之清洁液会将此薄墨破坏,假设镜面没有薄墨折射率既减弱而影响光强,且无法再镀上此薄墨,请留意留神使用)(5) 应留神搬运尤其对镜片类应有适当防护与防震,暂不用时以干净东西掩盖安全留意事项1. 雷射光属二级雷射,建议勿长时间直视雷射光2. 雷射暖机时可将雷射光闸临时关闭,镜组对焦时再予以翻开3

9、. 对焦时尽量避开反射之雷射光打在雷射头的雷射放射出口处,以免雷射造成不良影响4. 架设镜组前,先将机器欲测轴全行程来回移动,观看机器移动空间并打算镜组架设位置,当镜组架设至机台后,使用手动慢速移动机器确定移动空间无其它干预物后,机器才可改为自动移动5. 架设或操作雷射干预仪时,闲杂人等避开靠近,以免拌到电源线或传输线6. 确认电压伏特是否正确,并且所使用的电力来源尽量能够独立,并加稳压器.6雷射光原理及特性1. 光的相关原理光为一种无质量的微粒子(牛顿) 光为一种电磁波(马克士威尔) 光具有粒子与波动的性质2. 光的特性方向性直线性波动性3. 波的根本物理量频率f、周期T、振幅A、波长 、其

10、中波长是长度单位4. 何谓雷射光对某种元素施予能量,使其原来稳定的基态(低能阶)变为不稳定的激态(高能阶),元素会由激态(高能阶)释放出能量后变回原来的基态(低能阶) 再释放能量的过程中会产生一种光,我们谓之雷射光5. 雷射光之特性A. 高单频性：光的频率即是色,高纯频率即是高单色,一般可见光包含红、澄、黄、绿、蓝、靛、紫、频率纯度较低B. 高方向性：雷射光协作聚光镜的发散角度格外小,而一般光线其集中角度都格外大C. 高亮度性：其光线亮度比一般光线亮度大数倍(视雷射而定)硬件介绍XL80 雷射头XC80 环境补偿系统XC80 环境补偿系统插槽示意图9夹持器组线性定位量测镜组角度量测镜组10Z

11、轴直度量测镜组及附件垂直度量测镜组平坦度量测镜组旋转轴量测系统13雷射头微调平台重负荷三脚架15雷射架设联机流程图1雷射架设及量测流程表定位量测原理及操作1线性定位量测原理：(一)架设方式：干预镜不动,移动反射镜反射镜不动,移动干预镜(二)何谓线性定位精度：CNC 机器执行时,程序之坐标点未必是机器的坐标点,程序坐标点为抱负值,机器坐标点为实际值,两者之间差为机器的定位精度(三)线性定位误差缘由：误差缘由可能是导程误差、把握器误差、机器几何误差及震惊等缘由(四)线性定位量测的目的：量测出机台可能因零件和组装所造成的误差,可利用机器参 数补偿或重组装改进机器加工机精度,确保机器加工的质量(五)雷

12、射干预仪定位量测发生误差的缘由： a空气、温度、湿度、气压等影响b待测物之热膨胀系数 c电子误差d死径误差(图一) e阿倍(ABBE)误差(图二) f余弦(COS)误差(图三) g震惊误差 h镜组热膨胀飘移雷射干预仪量测数据是以数值方式显示,并没有一般量测时有人为读值判定所产生的误差172量测方式a线性(linear)方式-单向-2 次b线性(linear)方式-双向-2 次C朝圣(pilgrim)方式-单向-2 次d朝圣(pilgrim)方式-双向-2 次e钟摆(pendulum)方式-单向-2 次f钟摆(pendulum)方式-单向-2 次19雷射架设易发生之误差1死径误差(如图一所示)死

13、径误差是一种与使用 XC80 自动补偿的线性量测过程中的环境因子变化有关的误差。在正常状况下,死径误差很小并且仅在恢复为基准值之后和量测期间发生环境变化时消灭。雷射光波经过干预镜后开头计算位移量,故干-反镜组间隙越大,光波暴露大气环境越多,受外在因素影响越大,假设干预仪与反射镜之间没有移动,并且激光光束四周的环境条件发生变化,则波长在空气中将在整个路径21L + LI2上发生变化,但是雷射量测系统仅在 L2距离上得到补偿。因此将引进死路量测误差,由于光束路径 L1没有得到补偿。图一 死径误差但是,假设在恢复为基准值时固定光学镜组和移动光学镜组彼此相接,则死路误差可以无视不计,如以以下图所示。2

14、余弦误差(如图二所示)架设雷射头没有真正与干-反射镜成始终线所造成的误差,即激光光束路径与运动轴线之间有校直的偏差,而导致量测距离与实际移动距离之间有差异。图二 余弦误差3阿倍平移误差(如图三所示)激光束轴线不在行程轴在线,意即当光束与预定校准轴线平行但有一个偏移距离,进展测量时会因俯仰或偏角引致 Abbe 偏置误差。图三 阿倍平移误差雷射操作之步骤(一)软件安装步骤：(1) 将原厂Laser 光盘软件放入磁盘驱动器中,即会自动执行安装AUTORUN 完成安装,假设计算机无法执行自动安装,请点选软件中Setup.exe 执行安装,软件安装完成后,计算时机要求重开机,请点选稍后重开机(2) 接着

15、安装Laser 在线关心说明,软件安装完成后,计算时机要求重开机,请点选重开机(3) 软件安装完成后请将XL80 连结到计算机上,此时会消灭找到硬件,请选择自动安装软件(先确认 XL80 之雷射软件光盘有在计算机内),开头安装驱动程序(4) XC80 只要有安装雷射软件即可自动搜寻到驱动程序注:适用WIN XP,WIN Vista 操作系统.(二)执行量测软件：(1)由开头工具列中选择Renishaw LaserXL 进入(如图一所示) (2)点选欲执行之软件:有线性测长(定位量测)、角度测量、长距离直线度测量、短距离直线度测量、回转轴分度精度测量、平面度测量、动态测量、双轴线测量、数据分析(

16、如图二所示)以上全部软件均附上:但测量时须搭配镜组.(3)除上述方法之外,亦可将快捷方式至于Windows 桌面上,直接点选即可(图一)(图二)22(三)定位量测系统架设操作：步骤一：将全部硬件依图所示,完成接线及架设23镜组架设前之留意事项(1) 先空跑预量测轴的行程,确实了解机床起点与终点,再架设镜组(2) 减低死径误差,干预镜与反射镜架设越近越好(3) 干-反镜组需架于机台的床台与主轴上,因其是相对移动物体(4) 对焦时避开反射回来的雷射光打在雷射光射出口处(5) 对焦时近端调平移、远程调角度步骤二：镜组架设之步骤(1) 干预镜需置于雷射头与反射镜之间,而当中有一块反射镜是锁在干预镜上(

17、如图一所示)图一(2) 留意干预镜上所画的箭头,必需两个箭头分别指向两个反射镜上(如图二所示)图二24(3) 水平轴向量测镜组架设(4) 垂直轴向量测镜组架设(5) 斜背式车床量测镜组架设旋转镜图 1 旋转镜旋转镜可以与线性、角度或真直度光学镜组结合使用，量测机器的对角线或倾斜轴线。它可以安装在光学镜组上，使设定快速、简便。旋转镜用于使激光光束在垂直面上偏转 0 至 135 度。它的主要应用是量测或校准斜床式车床或机器对角线。以下两个图显示在斜床式车床上使用旋转镜进展线性量测的方法。图 2 显示的配置用于轴线与水平面的夹角大于 45 度的量测。旋转镜与斜轴之间的准直误差应调整在 2度以内。可以

18、使用量角器量测行程的斜角，并设定旋转镜与该斜角平行。图 2 -斜轴与水平面的夹角大于 45 度时使用的旋转镜。图 3 所示的配置用于 X 轴与水平面的夹角小于 45 度的车床。图 3 -斜轴与水平面的夹角小于 45 度时使用的旋转镜26步骤三：镜组调整(1) 将雷射光射出口转至对焦用小孔射出口位置(如以以下图)(2) 当反射镜及干预镜皆预备好后,将要量测的轴回归原点(起点)或移动到与原点相反的极限位置(终点)(3) 将干预镜及反射镜架到量测轴及另一关心轴上(4) 尽量将干预镜及反射镜之间的距离缩小,越靠近越好(避开死径误差,如以以下图)(5) 两镜组靠近时可直接移动反射镜组使光点重迭,再利用脚

19、架上升,平移机构将重迭光点移到接收孔,此时检查计算机里接收光线的强度(6) 将反射镜移动至量测距离的极限,将偏离标靶白点的激光束,用上下左右角度调整调到白点上(如以以下图)(7) 将反射镜标靶取下检视反射回来之光点的重迭度,假设光点不重迭,在近端不重迭时是两镜组上下或左右没有在一样之位置高,必需调整分光镜或反射镜使之重迭,在远程不重迭时是因有角度偏差,必需调整雷射头的偏摆及倾斜角度使光点重迭(如以以下图)(8) 将重迭的光点利用脚架平移或上下调整,使光点落在雷射头对焦孔上(9) 将雷射头对焦孔转至接收孔位置上(如以以下图),检视光线的强度(10) 将反射镜移到近端的位置,检视光线强度和远程的光

20、线强度一样即可(11)需留意光线强度超过 50% 即可量测,但近距离与远距离时间线强度需一样才可做量测28把握器程序范例X 轴方向例如 X 轴行程总共 500mm，每 20mm 取一点，共 25 次 主程序 0001子程序 0002雷射去的行程O0001；O0002；G91G28X0.；G91G01X-20.F5000.；M98P0250002；G04X3.；G01X-3.F500.；M99；X3.；子程序 0003雷射回的行程M98P0250003；O0003；M30；G91G01X20.F5000.； G04X3.；M99；Y 轴方向例如 Y 轴行程总共 500mm，每 20mm 取一点，

21、共 25 次 主程序 0001子程序 0002雷射去的行程O0001；O0002；G91G28Y0.；G91G01Y-20.F5000.；M98P0250002；G04X3.；G01Y-3.F500.；M99；Y3.；子程序 0003雷射回的行程M98P0250003；O0003；M30；G91G01Y20.F5000.； G04X3.；M99；Z 轴方向例如 Z 轴行程总共 400mm，每 20mm 取一点，共 20 次 主程序 0001子程序 0002雷射去的行程O0001；O0002；G91G28Z0.；G91G01Z-20.F5000.；M98P0202302；G04X3.；G01Z-

22、3.F500.；M99；Z3.；子程序 0003雷射回的行程M98P0202303；O0003；M30；G91G01Z20.F5000.； G04X3.；M99；(四)进入定位量测软件(1) 由开头工具列中选择Renishaw LaserXL 进入(如图一所示) (2)点选欲执行之软件:线性测长(定位量测) (如图二所示)(图一)(图二)(3) 点选线性测长，进入定位量测软件窗口(如图三所示)图三30工具列(4) 点选档案,开文件选择欲设定模式：自动设定模式选择:自动设定模式或按工具列中方块手动设定模式随机设定模式(5) 选择确定后,自动进入目标设定,输入目标设定：如以以下图(6) 完成后按进

23、入抓取数据启动(7) 完成后按输入数据标题(8) 按后进入自动数据抓取设定32(9)设定完成后定进入数据抓取(11)数据抓取完毕后按完成跳出,点选档案另存檔或工具列中方块(12)设定储存路径后,输入文件名称：33(1)按数据点选分析进入数据分析或按工具列中方块(五)资料分析以以下图为进入分析系统画面(每次进入分析都会先显示全部数据曲线)以以下图为进入分析系统画面中的快速工具列34(2)选取分析标准雷射误差补偿图表之范例以以下图为 VDI 3441 之分析标准,此标准为德国针对机床的运行和定位精度校正的根本原理,为目前工具机产业常用之标准(仅供参考)VDI 3441Error Comp Exam

24、ple)米微(差誤VDI 3441 - 線性Machine: Linear ExampleAxis: X反向誤差U ma4. 860Serial No: 15345/ LinLocation:MidPosition定位精度P:18. 513Date: 09: 00 Sep 2 ” 97U 平均:2. 040重覆精度Ps m12. 007By:R. T. S.Ps 平均 :7. 132位置偏差Pa:11. 080目標 (毫米)U:反转背隙(reversal error),通称背隙Ps:定位散布度(positional scatter),表示沿测试轴各个位置任凭的偏差对定位误差之影响,可能被视同方

25、向重复性之测试P:定位不确定度(positional uncertainty),沿测试轴之总偏差由定位偏差值,反转误差和在每一标的点定位散布度计算得来Pa:定位偏差(positional deviation)沿测试轴各量测点间平均定位误差之最大差异38雷射误差补偿图表操作之流程与范例雷射误差补偿图表之范例(由上图之误差补偿表设定完成后点选绘制误差补偿图表即会进入补偿数值如以以下图所示)(六)热漂移以以下图为量测热漂移之最典型的图形(锯齿状),以时间取点,每趟来回为 5 分钟, 所以前 5 分钟其误差值比较大上图量测是以设定点数用时间抓取(共 500 点每 2 秒抓一点),其方法如下:(1) 选

26、择目标点手动设定模式设定定位目标数编辑目标值 设定抓取数据启动自动数据抓取设定开头量测40(七)数据打印(1) 按档案选择打印机设定(3)按打印印出所选择的数据或按工具列中方块(2) 打印机设定中选择所安装的打印机(八)其它功能设定说明(1)配置系统说明42(2)窗口功能切换设定说明警告信号及消退A ：XL80NOTRESPONDING雷射无反响,表示电源无送入检查雷射ON/OFF 及不断电器之ON/OFF 及最初之外接电源插座ON/OFF 是否在开的位置B：SIGNALLOW雷射光线讯号太低 表示对焦动作没做好1重做对焦动作2请无相关人员离开C：HEATERFULLON雷射加热器正在运作表示

27、目前无法做量测,等待格外钟再看其是否消逝恢复正常D：BEAMOBSTRUCTED雷射光线被阻隔表示曾被遮到或主轴头滴油及工作台四周之无尘纸,报纸等飘起遮住光线1请无关人员离开2将主轴四周漏油擦干净3去除工作台四周之报纸及无尘纸4按归零键消退AlarmE：XL80NOTON 但( I )为绿灯雷射机不正常表示计算机连接信号有问题1将雷射头隔 10 秒后再启动2离开本系统再重启动3检查与雷射头相关之信号线4假设仍无法消退,则请与 RENISHAW 公司技术人员联络F：XC80FAUL环境补偿装置失效检查USB 连结是否正常43G：HIGHSPEEDERROR高速度误差表示雷射在撷取数据时,镜头移动

28、太快或光线瞬间被挡到MOVEOVERRUN过行程移动镜头移动距离须超过OVERRUN 设定,检查程序是否有消退背隙H：PREHEAT雷射正在预热中表示刚开机之状态,大约 6 分钟左右可恢复正常,与 C 之不同为量测中可能消灭但仍可执行量测动作(不过不见得准确),归零消退再等待10 分钟,假设仍无法消退,将雷射 OFF 后再ONI：LASERUNSTABLE雷射光线未达稳定状态此时间线忽有忽无,待 6 分钟左右雷射之LED 指示灯由红转黄并变绿灯时,即自动消退1经 6 分钟左右假设无消退,以归零强制消退,假设长期处于黄灯,请检查电源线是否正常,再启动2检查雷射反射之光点是否打在雷射光出口处快速功

29、能键键盘按 Ctrl+H会消灭 1 干预仪把握键,如图一所示键盘按 Shift Ctrl不要放接着按 U+H 会消灭 2 用户附加把握键,如图二所示44动态软件量测操作(一)动态量测系统硬件架设：将全部硬件依图所示,完成接线及架设(镜组架设方式请参考定位量测操作)注：1. 假设机台无移动时,则可量测机台震惊2. 当机台移动时,则进展机台动态量测(距离/速度/加速度)45(一)执行量测软件(1)由开头工具列中选择Renishaw LaserXL80进入(图一) (2)点选欲执行之软件：动态软件(3)进入软件点选档案,开檔选择设定或按工具列上方块(图一)(图二)(4) 进入抓取数据启动(5) 选择

30、取点速率与输入预触发时间及触发后时间(6)完成后按标题输入数据标题(7) 确定后按下空格键触发(此时计算机画面会临时停顿作动,待触发时间完成后即会恢复)(8) 数据抓取完毕后按完成跳出,点选档案/另存檔或工具列方块(9)设定储存路径后,输入文件名称：*.rtp(10)按数据点选分析进入数据分析或按工具列方块(11) 选择Renishaw动态(*.rtd)47(12) 选择分析形式1. 选择位移与时间之变化:量测机器动态定位位移之变化,上图范例在0.4秒时雷射侦测到机器开头移动, 于3.5秒移到定位点210mm 之位置的变化2. 选择速度与时间之变化:动态量测机器速度之变化,主要是测量机器移动之

31、速度与程序下的指令是否一样, 上图范例为速度在0.3秒时雷射侦测到机器开头移动,于0.7杪时到达最高速而稳定, 于3.5秒开头减速至3.8秒时机器停顿,此测量把握器程序4000mm/min,其测量结果为最大速度为67.03685mm/s约( 4022mm/min),发生之时间在3.195秒493. 选择加速度与时间之变化:动态量测机器加速度之变化,主要是测量机器移动之瞬间加速度,上图范例为机器在全行程来回移动量测其加速度之状况,如图示第一个顶峰为去程,而其次个顶峰为回程,期去程最快加速度在0.32秒为954.9968mm/sec/sec,回程在3.47秒为815.3592mm/sec/sec50留意：假设软件无法进展量测时,请更改相关设定抓取/模式选择速度量测(如图一)抓取/触发设定选择键盘抓取数据(如图二)(图一)(图二)