基于激光测距的精密机床加工控制系统
基于激光测距的精密机床加工控制系统
作者:卢红 张仲甫
在静谧加工中,常采用数控技术提高加工精度和质量的稳定性,利用软件惊醒误差补偿以获得更高的加工精度和重复精度,其关键在于在线测量的准确度。目前广泛采用的测量方法是光栅式测量方法,它虽然满足一般加工的测量要求,但由于是采用光电池等接收光栅条纹状态值,以及常用的光栅由于温度引起的误差等原因,不可避免的存在测量的不准确性,很难进一步提高加工精度。激光测距仪具有高的聚光性、干涉型,用于精密测量具有其独特的优越性。而在闭环控制系统的数控机床中,数控装置是依靠指令值与位置检测单元的反馈进行比较来控制工作台运动的,加工精度几乎完全取决于位置检测元件的精度,因而只能通过设计合理的数控系统才能满足精密加工的要求。
1.激光测距原理
置于轴向磁场中的氦氖激光器1发出频率分别为f1和f2的左右圆偏振光,经分光镜2反射和透射。反射光经偏振片3后,只有f1和f2的水平(或垂直)分量通过,光电检测器D1将接收到f1和f2的拍频参考信号。透射光经1/4玻片4后,将两个相反方向的圆偏振光变为两个相互垂直的线偏振光,分别为垂直纸面的f2和平行与纸面的f1.平行线偏振光全部透过分光镜5,再经1/4波片6射向装有全反射镜的测量头7.若测量头7以速度v移动,由于多普勒效应就产生频差△f,全后射后经1/4波片6回到分光镜5.由于2次经过1/4波片,移相90°,平行线偏振光变为垂直线偏振光,能被分光镜5全部反射。
另一路垂直线偏振光f2由分光镜5全部反射后,由全反射镜9全反射回到分光镜5.由于2次经过1/4波片,移相90°,平行线偏振光变为垂直线偏振光,能被分光镜5全部反射。
另一路垂直偏振光f2由分光镜5全部反射后,由全反射镜9全反射回到分光镜5.由于2次经过1/4波片8,也移相90°,由垂直偏振变为水平偏振,能由分光镜5透射。该透射光f2与测量头返回的光(f1±△f)相干涉,经偏振片10后被光电检测器d2接收,显然干涉既与f1和f2油管,也与测量头的运动速度v有关。
由于振动和误操作的原因,有可能使测量头返回移动一个小距离。由此产生的脉冲也计入总数之内,引起测量误差。为此采用细分M倍频和用可逆计数器来提高测量的稳定性和抗干扰性。
2.机床给位移的自动控制系统
采用以偏差控制的闭环控制系统,对机床移动部件的移动采用位置检测装置进行检测,将结果反馈输入端与指令信号进行比较。两者偏差值经优化处理可得补偿值,经放大控制伺服电机带动机床移动部件向指令位置进给。
由CPU输出的位置指令经位置控制器处理后,送往D/A变换器,变为模拟控制电压送往速度控制单元,以控制伺服电机运动。电机带动工作台进给,工作台上装有反射镜。由激光测距装置测出工作台移动的脉冲量,由信号接收器接收,作为反馈信号输入位置控制器。
位置控制器主要包括以下几个部分:
①DDA插补器用以完成细插补。粗插补由8086指令实现。
②CMR是指令值倍乘比,其目的是将指令值乘以一个比例系数,以保证指令单位与机床移动单位保持一致。
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