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航空制造技术·2010 年第 21 期
学术论文
RESEARCH
[ 摘要 ] 针对 RIFA80 数控机床定位精度大幅度下
降的问题，介绍了利用英国雷尼绍 (RENISHAW) ML10
激光干涉仪对该机床的定位精度和重复定位精度进行
精度检测和误差补偿的方法，并对误差补偿前后的检测
数据进行了分析。结果表明，
通过精度检测和误差补偿，
RIFA80 机床的各项精度指标已达到工作要求。
关键词：
激光干涉仪 数控机床 精度 误差补偿
[ABSTRACT] Aimed at the sharp decline of the
position accuracy, the experiment method of using ML10
Laser interferometer to measure the machine accuracy of
position is introduced. Furthermore through the analysis of
the measure data, it is demonstrated that the error compen-
sation is feasible.
Keywords: Laser interferometer NC machine
tool Accuracy Error compensation
随着使用年限的增长，数控加工中心的精度将不可
避免地出现不同程度的下降。数控机床的加工精度由
刀具与工件之间的相对位置决定，其影响因素很多，而
机床的动态误差是影响加工精度的主要因素。提高精
度主要有 2 种途径，一是“硬件”方法，即提高机床部件
的加工、装配精度，此方法不仅受到加工机床精度等级
的制约，而且随着加工精度的提高，加工成本呈指数级
数增加，效益不高；二是“软件”的方法，该种方法通过
使用激光干涉仪采集数控机床的定位精度，再利用数控
机床的可编程、智能性，对机床误差进行补偿从而达到
提高机床精度的效果。采用这种精度检测加误差补偿
的方法，无需对数控机床硬件进行改造便可较大幅度地
提高数控机床的加工精度。
1 ML10 激光干涉仪原理
雷尼绍 M L10 激光干涉仪是一种检测线性误差的
高精度仪器，其精度高，可达到 ±1.1P P M（0~40℃）
，
测 量 范 围 大（线 性 测 长 40m，位 选 80m）
，测 量 速 度 快
（60m/min）
，
分辨率高（0.001μm）
，
便携性好。由于雷尼
绍激光干涉仪具备自动线性误差补偿能力，可方便检测
出机床的定位精度。
如图 1 所示，激光干涉仪利用光的干涉原理和多普
勒效应产生频差的原理来进行位置检测。2 束振幅相同，
频率分别为
f
1
和
f
2
的左右圆偏振光由激光器 1 发出，经
λ/4 片之后变为振动方向垂直的线偏振光。分光器 3 将
一部分光束反射，经检偏器 4 形成频率分别为
f
1
、
f
2
的
基于激光干涉仪的数控机床定位精度检测
与误差补偿方法
Position Accuracy Measuring and Error Compensation Method of
NC Machine Tool Based on Laser Interferometer
上海航天精密机械研究所 王 堃 孙程成 钱 锋 王 玮 郑 巍
图1 激光干涉仪原理
Fig.1 Elements of Laser interferometer
λ/4 片
分光器
反射器
偏振分
光器
检偏器
棱镜
接收器
偏振器
接收器
反射器
激光器
信号，由接收器 5 接收为参考信号；另一部分光束通过
分光器 3 进入偏振分光器 6，其中平行于分光面的频率
为
f
2
的线偏振光完全通过分光器 6，到达可动反射镜 8。
从反射镜 7 和 8 发射回来的 2 束光到偏振分光器 6 的
分光面汇合，再经转向棱镜 9、偏振器 10，由接收器 11
接收为测量信号，测量信号与参考信号的差值即为多普
勒频率差△
f。计数器在时间 t 内计取频率为△ f 的脉
冲数
N，相当于在 t 区间内对 f 积分，即
N =
t
0
Δ f dt
，
由于△
f = 2（v/c）f，而 v = dL/dt，f = c/λ，所以
N =
t
0
Δ f dt = (2/λ)
t
0
dL = 2L/λ
，
故测量距离
L=（λ/2）N ，
式中，
N 为累计脉冲数；λ 为激光波长；c 为光速。
测量时系统的布局如图 2 所示，激光干涉镜放置在
M L10 激光头和线性反射镜之间的光路上，从 M L10 发