楊建新 楊玉洲

摘 要：文章通過對(duì)TrackerCal 4型激光跟蹤儀的基本結(jié)構(gòu)和工作原理的簡(jiǎn)單介紹，結(jié)合其對(duì)工件尺寸及形位誤差的測(cè)量方法、測(cè)量結(jié)果分析以及誤差補(bǔ)償分析，從而掌握了激光跟蹤儀在測(cè)量中的使用技巧，進(jìn)而達(dá)到提高測(cè)量效率和測(cè)量精度的目的。

關(guān)鍵詞：激光跟蹤儀；形位誤差；尺寸；誤差補(bǔ)償

引言

目前我國(guó)機(jī)械加工單位用來檢測(cè)工件尺寸及形位誤差的工具大都還是使用千分尺，游標(biāo)卡尺等配合使用數(shù)控機(jī)床打表的傳統(tǒng)方法來測(cè)量。傳統(tǒng)方法雖然也能很好的檢測(cè)工件誤差精度，但有很多檢測(cè)問題是用傳統(tǒng)方法解決不了的，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低下。隨著對(duì)工件加工精度要求的提高，傳統(tǒng)的檢測(cè)方法在提高檢測(cè)精度上有一定的局限性，因此使用激光跟蹤儀檢測(cè)工件不僅可以提高測(cè)量精度而且簡(jiǎn)便快捷，大大的節(jié)省了人力物力。

1 基本結(jié)構(gòu)和工作原理

TrackerCal 4型激光跟蹤儀由Radian 跟蹤頭和控制箱、5米接線電纜、氣象站（含1根1.5米連接線、1個(gè)空氣溫度傳感器、1個(gè)材料溫度傳感器、一個(gè)大氣壓力傳感器）、連接網(wǎng)線、SMR-1.5英寸直徑空心靶球、電纜包、防塵蓋、校準(zhǔn)三腳架、系統(tǒng)軟件等構(gòu)成。激光跟蹤儀是在激光干涉儀的基礎(chǔ)上結(jié)合先進(jìn)的伺服控制技術(shù)得到目標(biāo)點(diǎn)相對(duì)于跟蹤頭的位置，工作基本原理是在工件被測(cè)位置上放置靶球（充當(dāng)反射器），跟蹤頭發(fā)射出來的激光射到靶球上，并返回到跟蹤頭，當(dāng)靶球移動(dòng)時(shí)，跟蹤頭實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)來對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，與此同時(shí)，返回光束被檢測(cè)系統(tǒng)所接收，以此來測(cè)算目標(biāo)的空間位置。

注：1-跟蹤頭和控制箱；2-連接網(wǎng)線；3-電源線；4-5米接線電纜；5-電纜包；6-SMR-1.5英寸直徑空心靶球；7-靶球清潔套裝；8-氣象站；9-防塵蓋。

圖1

2 工件尺寸的測(cè)量

以測(cè)量加工孔的直徑為例：

（1）首先把激光跟蹤儀各部件連接起來布置好位置，擺放位置必須保證被測(cè)加工孔能夠接收跟蹤頭發(fā)出的光束且光束不中斷。如圖2所示。

（2）打開控制器上的電源開關(guān)，對(duì)激光跟蹤儀進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱時(shí)間大約半個(gè)小時(shí)。預(yù)熱期間，跟蹤頭上的紅燈一直處于閃爍狀態(tài)，等待預(yù)熱完成后，紅燈穩(wěn)定，此時(shí)打開伺服開關(guān)（兩個(gè)開關(guān)打開次序不能變）。

（3）調(diào)整三腳架的高度以適應(yīng)被測(cè)部位，并對(duì)激光跟蹤儀進(jìn)行系統(tǒng)檢查和校準(zhǔn)，此時(shí)靶球必須放在鳥巢位置上。首先進(jìn)行前、后視精度檢查，確認(rèn)角度偏差優(yōu)于0.003度。當(dāng)結(jié)果超出規(guī)定時(shí)，相應(yīng)的超標(biāo)項(xiàng)會(huì)回被標(biāo)紅提示，此時(shí)必須做“快速立體式補(bǔ)償”，直到補(bǔ)償后的結(jié)果達(dá)到要求的精度為止。

（4）將靶球拿下，保證光束不中斷的情況下將靶球貼放在被測(cè)加工孔的加工面上，對(duì)于便于采點(diǎn)的部位，采用空間連續(xù)掃描方式進(jìn)行采點(diǎn)，采點(diǎn)過程中，跟蹤頭上的綠燈一直處于閃爍狀態(tài)，采點(diǎn)結(jié)束時(shí)，人工遮擋光束，此時(shí)綠燈滅。

（5）運(yùn)用跟蹤儀配備的空間分析軟件（SA）對(duì)采集到的點(diǎn)進(jìn)行處理，進(jìn)行擬合圓柱操作。圓柱擬合結(jié)束時(shí)，圓周的直徑隨之被計(jì)算出來。

（6）將電腦計(jì)算出來的直徑與圖紙要求的直徑進(jìn)行比照，便可得知加工孔的精度。

3 工件形位誤差的測(cè)量

以圖2三個(gè)加工孔的對(duì)稱度為例：

（1）重復(fù)上述2（1）-（3）的步驟，因?yàn)樵谶M(jìn)行每一次新的測(cè)量工作之前都要進(jìn)行系統(tǒng)檢查和校準(zhǔn)。

（2）按上述2（4）步驟進(jìn)行操作，對(duì)三個(gè)加工孔分別進(jìn)行空間連續(xù)掃描，并分別擬合圓柱。

（3）運(yùn)用空間分析軟件，將三個(gè)加工孔的中心軸線顯現(xiàn)出來。之后做一基準(zhǔn)面，該基準(zhǔn)面由下面兩個(gè)加工孔的中心軸線確定。最后將上面加工孔的中心軸線投影到該基準(zhǔn)面上，計(jì)算投影線到基準(zhǔn)面上兩中心軸線的距離。

（4）比較兩段距離相差多少，判斷對(duì)稱度。

4 檢測(cè)結(jié)果及誤差補(bǔ)償分析

在測(cè)量過程中，若發(fā)現(xiàn)每次測(cè)量之后的測(cè)量數(shù)據(jù)變化浮動(dòng)較大，或測(cè)量數(shù)據(jù)始終達(dá)不到預(yù)想的效果，則應(yīng)檢查氣象站。打“數(shù)據(jù)診斷窗口”找到“空氣溫度”、“空氣壓力”、“材料溫度”確認(rèn)這些數(shù)據(jù)是激活的而且是更新的，確保對(duì)環(huán)境溫度、壓力、材料溫度進(jìn)行補(bǔ)償。同時(shí)在采點(diǎn)的整個(gè)過程中應(yīng)保證光束不被中斷，因?yàn)橹袛嗪笤俳邮盏墓獠辉偈茿MD光，否則對(duì)測(cè)量結(jié)果也會(huì)產(chǎn)生不利影響。由于激光跟蹤儀屬于高精密儀器，所以在使用過程中應(yīng)盡量避免嘈雜，避免機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)造成的震顫等環(huán)境。

5 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)今傳統(tǒng)的測(cè)量方法還占據(jù)著主流地位，但隨著對(duì)加工精度要求的一步步提高，好多測(cè)量問題是傳統(tǒng)方法無法解決的，但應(yīng)用激光跟蹤儀可以輕松的解決這些問題。通過它我們可以對(duì)加工件的尺寸和形位誤差進(jìn)行檢測(cè)、評(píng)定及誤差補(bǔ)償。通過對(duì)檢測(cè)結(jié)果的分析，可以幫助我們了解誤差產(chǎn)生的原因。激光跟蹤儀的實(shí)用價(jià)值很高，我們應(yīng)該充分的使用它來提高加工件的檢測(cè)精度，幫助我們生產(chǎn)出更高精度的工件。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：楊建新，女，漢族，一重集團(tuán)天津重工有限公司，助理工程師。

楊玉洲，男，漢族，河北省送變電公司。