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不確定性分析的激光校準系統， 用於評估坐標測量機和 機床的定位精度及數值控制的軸

不確定性分析的激光校準系統， 用於評估坐標測量機和 機床的定位精度及數值控制的軸. 班級 : 自控四甲 學號 :49812024 49812023 姓名 : 王俊筌 李韋儒 指導老師 : 沈毓泰. 介紹. 激光校準儀 ( 激光校正儀 ): 此儀器為運用光學 ( 雷射 ) 原理進行校正之動作 優點 : 校正速度快 能詳細顯示數據. 設備. 測量系統組成 :HP5519A 激光頭 .HP10565B 線性干涉儀 . HP10556A 反射鏡 . 一個立方體 . 微型電腦 .

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不確定性分析的激光校準系統， 用於評估坐標測量機和 機床的定位精度及數值控制的軸

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  1. 不確定性分析的激光校準系統，用於評估坐標測量機和機床的定位精度及數值控制的軸不確定性分析的激光校準系統，用於評估坐標測量機和機床的定位精度及數值控制的軸 班級:自控四甲 學號:49812024 49812023 姓名:王俊筌 李韋儒 指導老師: 沈毓泰

  2. 介紹 • 激光校準儀(激光校正儀):此儀器為運用光學(雷射)原理進行校正之動作 • 優點:校正速度快 能詳細顯示數據

  3. 設備 • 測量系統組成:HP5519A激光頭.HP10565B線性干涉儀. HP10556A反射鏡.一個立方體.微型電腦. 打印機 .HP10887A激光卡 擺設示意圖:

  4. 前言 • 針對激光干涉儀的定位誤差校準器的不確定性進行分析,激光校準系統能在機台動態條件下,量測數控軸機床的定位精度和進行三坐標測量 • 激光校準儀之不確定因素大可分為3類 • (1)激光系統固有的不確定性 • (2)由於環境影響的不確定性 • (3)由於安裝的測量不確定性

  5. 個別測量之不確定度 • 為了評估定位誤差校準器的測量不確定度有三大類方向會造成誤差 • 激光系統固有的不確定性 • 由於環境影響的不確定性 • 由於安裝的不確定性

  6. 激光系統固有的不確定性 • 說明:其不確定性為激光系統本身之因素, 而影響其精度 • 其可能原因: • (1)時序錯誤 • (2)激光波長不準確 • (3)電子錯誤 • (4)光學非線性

  7. 時序錯誤 • 說明: • 讀取位置時機錯誤 激光干涉儀讀數記錄與機器控制器(編碼器)讀數記錄之間的時間差 由於激光干涉儀和機器控制器讀數不必然發生在同一時間，可能會導致測量誤差。 如果這個時間差為定直，則為間隙誤差 假設時間的差異是個變數，也就是抖動，即使是完美的機器也會顯示位置錯誤。

  8. 激光波長不準確 • 說明: 干涉儀系統產生的邊緣位移 發生在光學測量系統之間 波長的變化會造成干涉條紋， 　　　　即使沒有實際的位移， 　　　　明顯產生一個測量差距， 這即明顯的測量誤差 • 改善方法:頻率穩定器(保持波長準確度 )

  9. 電子錯誤 • 說明:電子錯誤一般發生於光學測量分辨率 (電子誤差等於測量分辨率 ) • 改善方法:採用線性干涉儀

  10. 光學非線性 • 說明:干涉儀測量的不確定性，因為它不能完全分離的兩個激光束分量（垂直和水平偏震）這錯誤就稱為光學非線性；第一：光留下任何激光源是不完美的線性極化，取而代之的則會略呈橢圓形，其次：干涉儀的光學元件是由兩個無法完全分離的兩個激光束所組成。此誤差為週期性。 • 解決方法：利用公式計算光學非線性的標準不確定度

  11. 由於環境影響的不確定性 • 不確定性:大氣條件的影響 機器的溫度變化 光學元件 • 解決辦法:波長補償 材料的熱膨脹 光學熱漂移

  12. 波長補償 • 激光源的波長通常指真空波長λv。在真空中的波長是恆定的，但波長在大氣中產生折射指數。由於大多數的激光干涉儀系統在空氣中操作，是必須校正λV和在空氣中的波長λA之間的差異

  13. 材料的熱膨脹 • 校正膨脹（或收縮）是必要的，由溫度變化引起的機器尺寸的變化。 • 此校正涉及的距離測量到標準溫度20度C。 • 糾正的方法是藉由正確的熱膨脹來改變激光補償

  14. 光學熱漂移 • 在激光干涉儀系統中，隨溫度的變化在測量過程中，可能會導致一些光學元件測量不確定度 • 當溫度變化時，光學元件和折射指數的物理尺寸將發生變化，也是一個明顯的促進距離的變化 • 改善光熱漂移： • （a）通過軟件補償誤差 • （b）在溫度受控環境中的作業 • （c）利用較不受溫度影響材質的干涉儀

  15. 安裝測量不確定性 • 主要在安裝激光干涉儀系統所造成之安裝誤差 • 安裝激光干涉儀容易出現: 死點誤差 餘弦誤差

  16. 死點誤差 • 死點誤差是由未補償激光束的長度在干涉和反射鏡與機器在零位置的階段之間

  17. 餘弦誤差 • 激光束未對準機械軸運動的結果其誤差為測量的距離與實際的行駛距離

  18. 結論 不確定度分為如下三類： • （一）固有的激光系統的不確定性; • （二）由於environmentaleffects的不確定性; • （三）由於安裝的不確定性 以下的不確定性來源被認為是激光波長： • 不準確，電子誤差，光學非線性，波長補償， 素材熱補償，光學熱漂移 死點矯正，餘弦錯誤。

  19. 參考文獻 • [1] ISO 230-2: 1997 Test code for machine tools - Part 2. Determination of • accuracy and repeatability of positioning of numerically controlled axes. • 2nd ed. Geneva, Switzerland: International Standardisation Organisation; • 1997. • [2] Guide to the expression of uncertainty in measurement, ISO (International • Standardisation Organisation) TAG 4, corrected and reprinted, • 1995. • [3] Castro HFF, Burdekin M. Dynamic calibration of the positioning accuracy • of machine tools and coordinate measuring machines using a laser • interferometer. Int J Mach Tools Manuf 2003;43(9):947–54. • [4] Steinmetz CR. Sub-micron position measurement and control on precision • machine tools with laser interferometry. Precis Eng 1990;12(1): • 12–24. • [5] Bendat JS, Piersol AG. Engineering applications of correlation and spectral • analysis. California: John Wiley & Sons; 1980. • [6] Edl´en B. The refractive index of air. Metrologia 1966;2(2):71–80.

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