2010 年第 21 期·航空制造技术
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学术论文
RESEARCH
出的光束在线性干涉镜处分裂为 2 束相干光束，一束光
束从附加在线性干涉镜上的反射镜反射回激光头，而另
一束光束要经由另一个线性反射镜反射回激光头。这
2 束反射光线在干涉镜内汇合，由激光头内检波器监控
这 2 束光束的干涉情况
[1-2]
。
2 机床线性轴的误差算法
国家标准 GB/T 17421.2— 2000 规定了通过测量机
床的单独轴线来检验和评定数控机床的定位精度和重
复定位精度的方法。主要指标包括轴线的定位精度
A、
轴线的重复定位精度
R、轴线的反向差值 B、平均位置
偏差
M。其中，以重复定位精度 R 和反向差值 B 对加
工精度的影响最为明显。机床的重复定位精度是指重
复定位时坐标轴的实际位置和理想位置的符合程度，重
复位置的不准确会导致工件的尺寸误差。而重复定位
精度 R 的高低在很大程度上取决于滚珠丝杠的螺距累
积误差和位置检测系统的误差。反向差值是指机床在
同一位置往返移动时重合程度，反向差值过大会直接影
响工件的加工精度。影响反向差值
B 的因素有：测量
轴线与被测机床运动坐标标准装置轴线（滚珠丝杠或光
栅尺）存在偏置，
运动部件移动时产生偏角，
运动部件往
返移动时产生阿贝误差
B、滚珠丝杠副的加工误差、传
动链各个部件的间隙误差、被测机床传动链连接和紧固
元件松动等。
目标位置的选择：
P
i
=（
i-1）p+r，
式中，
i 为目标位置的序号（全行程内不小于 5）；P 为目
标位置的间距，应使测量行程内的目标位置之间的间隔
均匀；
r 为常数，也可为随机数。
轴线反向差值：
B= max [ |B
i
| ]；
轴线平均反向差值：
B = 1m
n
i=1
B
i
；
轴 线 单 向 重 复 定 位 精 度：
R ↑= max[|R
i
↑|] ，
R ↓= max[|R
i
↓|]；
轴线双向重复定位精度：
R = max[|R
i
|]；
轴线单向定位系统偏差：
E ↑= max[X
i
↑] − min[X
i
↑] ；
E ↓= max[X
i
↓] − min[X
i
↓] ；
轴线双向定位系统偏差：
E = max[X
i
↑; X
i
↓] − min[X
i
↑; X
i
↓] ；
轴线双向平均位置偏差：
M = max[X
i
] − min[X
i
] ；
轴线单向定位精度：
A ↑= max[X
i
↑ +2S
i
↑] − min[X
i
↑ −2S
i
↑]，
A ↓= max[X
i
↓ +2S
i
↓] − min[X
i
↓ −2S
i
↓]；
轴线双向定位精度：
A = max[X
i
↑ +2S
i
↑; X
i
↓ +2S
i
↓]−
min[X
i
↑ −2S
i
↑; X
i
↓ −2S
i
↓]
。
其中，
实际位置为
P
ij
；位置偏差
X
ij
=
P
ij
-
P
i
；位置偏差不
确定度为
S
i
；符号“↑”
、
“↓”表示从正、负方向趋近所
得的参数
[3]
。
3 检测与误差补偿
3.1 数控机床误差检测及补偿系统
数控机床误差检测及补偿系统主要由数控加工中
心、M L10 激光干涉仪、误差测量接口、误差补偿接口、计
算机和打印机等环节组成。该系统以 RIFA80 数控加工
中心为测试对象，雷尼绍 M L10 激光干涉仪为测量工具，
计算机是系统的核心，
其具体工作流程如图 3 所示。
使用激光干涉仪对数控机床的线性轴进行样本点
采集，将采集到的点位数据输入计算机中，计算机根据
定位误差算法计算出被测轴的各项精度指标，如果发现
误差值超出允许极限则系统进入误差环节，再通过特定
的方法（绝对型补偿或增量型补偿）对机床数控系统进
行软补偿，如此循环往复以达到调整设备精度的目的。
此外，测试及误差补偿工作应该在机床几何精度（床身
水平、平行度、垂直度等）调整完成后进行，这样可以尽
量减少几何精度对定位精度的影响。
3.2 误差补偿方法研究
所谓补偿就是指通过特定方法对机床的控制参数
进行调整，其参数调整方法也因各数控系统不同而各
有差异。误差补偿功能的实现方法分为增量型和绝对
型
[4]
。增量型是指以被补偿轴上相邻 2 个补偿点间的
误差差值为依据来进行补偿，而绝对型是指以被补偿轴
上各个补偿点的绝对误差值为依据来进行补偿。
（1）绝对型。
绝对型补偿是以补偿点的绝对误差值（位置偏差）
作为补偿值进行机床参数的补偿，这种方法不需要复杂
ML10 激光
参考光束
工作台
参考光束
线性干涉镜
线性反射镜
图2 激光干涉仪系统
Fig.2 System of Laser interferometer