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- 4. 雷尼绍五轴机器校准设备解决方案 检查并验证机器的定 位能力，确认是否符 合精度指标 误差补偿可减少机器 轴的名义位置与实际 位置之间的偏差，从 而提高机器性能 组装 在机器制造过程中精 确地校准和调整机器 轴，从而减少几何量 误差及旋转轴心线误 差 诊断 验收 补偿 定期检查机器状况可 识别误差来源并最大 限度减少意外停机 XK10 XL80 XM60 XR20 QC20 AxiSetTM Check-up
- 5. 五轴机器的关键几何精度 XYZ定位精度 水平/垂直 直线度精度 俯仰/扭摆/滚动角 XYZ间垂直度 AB轴回转中心偏置 AB轴线准直 回转角分度定位精 度
- 6. 五轴机器的关键几何精度 XYZ定位精度 水平/垂直 直线度精度 俯仰/扭摆/滚动角 XYZ间垂直度 AB轴回转中心偏置 AB轴线准直 回转角分度定位精 度 XR20 XK10 XL-80 QC20 XM-60 * * *除了滚动角 AxiSetTM Check-up
- 8. 组装 06/09/2023 8 XK10 Alignment laser XK10 激光校准仪 • Align linear and rotational motion systems 校准直线和旋转运动系统 • Fast, easy and digital recording 简单快速和数字化记录结果 BUILD
- 13. XK10系统概述 06/09/2023 13 设备组成 激光发射器，S装置，M装置，平板显示装置， 机床夹具组件等 测量范围 30米，（支持拼接） 分辨率 0.1μm 范围 ±5mm 测量原理 半导体激光与位敏元件（PSD） 直线度精度 ±1μm ±0，01AA：显示的直线度读数μm
- 15. XK10系统组件 06/09/2023 15 11 12 13 1 发射器 2 S装置 3 M装置 4 无线模块x2 5 显示装置 6 磁力座 7 配有可旋转头的磁力座 8 卷尺 9 主轴适配器x2 10 基座销（短） 11 基座销（长） 12 90度支架 13 M6安装杆x8
- 16. XK10系统选件 06/09/2023 16 1 三脚架适配器 1 磁力座 2 五棱镜/平行度光学装置 3 光靶 4 平行度平台 三脚架适配器 平行度组件
- 17. XK10系统选件 06/09/2023 17 夹具组件 1 成型组合件x4 2 成型组合件接头x10 3 磁性块x6 4 定位挡片x3 5 六角扳手（4mm，5mm） 6 成型组合件用安装座（用 于安装发射器） 7 磁性靠板基座
- 18. XK10组件介绍_发射器 06/09/2023 18 发射器内含一个光纤耦合二极管激光器，可输出稳定的二 类激光。 输出的激光光束被直射到可旋转激光发射头内的五棱镜上， 五棱镜可以将光束在两个方向之间切换。 这两个方向的光束互相垂直，可在各种测量任务中用作参 考光束。 1 粗刻度气泡水平仪 2 固定光束输出光孔 3 激光头锁紧调整机构 4 光束输出转换拨钮 5 电池盖 6 推开磁力杠杆 7 精密刻度气泡水平仪 8 调节水平用螺钉
- 19. XK10组件介绍_M装置&S装置 06/09/2023 19 M装置是一个无线装置，在所有测量任务中起主要探测器的 作用。 S装置是一个无线装置，主要用于准直旋转轴心线误差。 通过两方向位敏探测器 (PSD) 执行位置检测。S装置上有 一个二类激光二极管输出光孔，因此可与M装置搭配使用。 M装置和S装置由内置锂离子电池供电。 针对长时间测试，装置侧面的端口支持“电缆连接供电” 1 调节光束方向的拨盘 2 夹紧螺丝 3 位敏探测器 4 激光输出 5 充电和无线模块插口
- 20. 1 电源开关 2 选择键 3 软键 4 浏览键 5 键盘 6 电池盒 7 充电/电缆连接输出口 8 USB B口 9 USB A口 10 电源输入口 XK10组件介绍_显示装置 06/09/2023 20 用于辅助设定和采集数据 为S装置和M装置的内置电池充电。 显示装置内含一节可充电锂离子电池。 另外还有几种供电方式，包括：连接电源线或者将普通 2号电池放入电池盒。 显示装置作用
- 23. XK10测量功能 取代传统技术 06/09/2023 23 直线度 (垂直 & 水平) 垂直度 (XY, YZ, XZ) 平面度 平行度 同軸度 (角度 & 偏移) 主軸方向
- 28. Parallelism平行度 Parallelism 平行度 • 在机床装配和导轨的准直调整中，平行度定义为两 名义上平行的导轨或轴线（两端点联线或最小二乘 线等）间的夹角。 • 平行度分水平面内和垂直平面内两种平行度 水平面内用普通平行度设定方式来测量 垂直平面内用平面度设定方式来测量 • 快速/初略地对如图所示的大型龙门机床的长轴或长 导轨进行安装或准直采用上述平行度测量方法最为 有用（首尾两点测量）。 • 如果对两平行轴进行准确地调整准直，建议使用平 行直线度方法（可以沿轴线多点测量） 06/09/2023 28
- 30. Coaxiality 同轴度 06/09/2023 30 S和M单元相互对准，转动俩旋转部件逐 步到 9, 12 和 3 点钟位置，於每個位置 上进行取点。
- 31. Spindle direction 主轴方向 06/09/2023 31 将发射器对准M单元，调整光线偏置误 差，在近端和远端的0° 與 180°位置分别 采集数据。
- 36. XK10核心亮点3 06/09/2023 36 量測距離達 30 米 适合各式大小机台 灵活性 一套设备可用于多种不同测量应用 SINGLE成套
- 40. Interrupted plane 不连续平面 Flatness over discontinuities Quick setup and fast measurement over large areas Using XK10 to set assemblies onto the same datum plane 非连续面的平面度 对于大面积平面上快速完成架設与测量 使用XK10校准多個部件按同一基准平面来评价平面度 06/09/2023 40
- 43. 06/09/2023 43 Table to be calibrated
- 48. 06/09/2023 48 Parallelism between X1 and U X1 U
- 52. 06/09/2023 52 轴校准 Table Flatness Rail Straightness Interrupted Planes Tool Holder Alignment 非连续平面 平面度 Spindle Direction 直线度 Guideway Parallelism 丝杠校准 送料機教準 垂直度 Squareness Between Axes 機台水平 滚动角 安裝面平行度 刀庫校准 Machine Levelling 导轨平行度 Shaft Alignment Ballscrew Alignment Roll Detection Bar Feeder Setup
- 53. 取代传统技术的不足 更快速 - 相比传统方法 06/09/2023 53 减少校正成本- 只需一套设备完成多种测试 单一系统 - 不用在意机器大小 直观软件界面– 减轻对熟练技术人员的依赖 数字化数据采集- 以及提供PDF报告 更快速 - 相比传统方法
- 54. 补偿 验收 XL-80 激光干涉仪 • 溯源的终极精度，运用于运动系统分析 • 验证过的线性定位测量精度±0.5 ppm VERIFY COMP
- 57. USB 连接 连接至PC机 三脚架 XL-80激光干涉仪组件——主要部件 测量镜组 镜组类型：均包含干涉镜和反射镜 线性 角度 直线度 垂直度 平面度
- 62. 核心参数 XL-80激光干涉仪组件——XL-80参数 XL-80搭配不同镜组/设备可用于以下应用 系统精度（整个工作范围） ±0.5 ppm（0-40℃） 激光稳频精度 0.05 ppm 分辨率 0.001 um 最大测量速度 4.0 m/sec 最高采样频率 50 kHz 测量范围 0-80m (在长距光学镜配合下) 预热时间更短 ~5分钟 激光信号强度指示灯 线性 角度 直线度 垂直度 平面度 转台 动态* 速度/加速度/振幅/频率 *需要线性测量光学镜组/QuickviewXL软件/小型线性光学镜组件 断光-无法测量，检查激光准直 光强弱-测量精度差，有断光风险 光强够-绿灯数量代表光强强度， 建议尽量调整至最高光强
- 73. 基本概念 - 线性干涉 C (移动反射镜) A (分光镜) B (固定干涉镜) 输入光束 参考光束 测量光束 干涉光束 反射镜反射回来的两路光在通过分光镜时交汇发生干涉。 两路光相差半波长相 位，则它们波峰与波 谷相叠加而形成暗条 纹 如果两路光同相位，则 他们波峰与波峰相叠加 而形成亮条纹 相长干涉 相消干涉 + - = + + = 如下所示是激光干涉线性测量的示意图，利用迈克尔逊干涉原理。 输出光被分光镜（A）分成两路。 其中一路进入固定反射镜（B）形成参考光束。 另外一路进入移动反射镜（C）形成测量光束。
- 74. 线性测量
- 75. abcd ef g 激光干涉仪及校准产品Laser and Calibration Stationary laser Stationary reflector and beamsplitter Moving reflector 线性测量 光路准直调光技巧：近调位移，远调角度。 近调位移 远调角度
- 76. 角度测量
- 77. 激光干涉仪及校准产品Laser and Calibration 激光干涉仪及校准产品 激光干涉仪及校准产品Laser and Calibration 角度测量 角度测量 静止 激光头 静止 激光头 静止干涉镜 静止干涉镜 移动反射镜 移动反射镜 角度测量
- 78. 激光干涉仪及校准产品Laser and Calibration 激光干涉仪及校准产品 激光干涉仪及校准产品Laser and Calibration 静止 激光头 静止 激光头 静止干涉镜 静止干涉镜 移动反射镜 移动反射镜 角度测量 角度测量 角度测量
- 79. 激光干涉仪及校准产品Laser and Calibration 激光干涉仪及校准产品 激光干涉仪及校准产品Laser and Calibration 静止 激光头 静止 激光头 静止干涉镜 静止干涉镜 移动反射镜 移动反射镜 角度测量 角度测量 角度测量
- 80. 直线度测量
- 81. 激光干涉仪及校准产品Laser and Calibration 激光干涉仪及校准产品 激光干涉仪及校准产品Laser and Calibration 直线度测量 直线度测量 静止激光头 静止激光头 静止 直线度反射镜 静止 直线度反射镜 移动 wollaston 棱镜 移动 wollaston 棱镜 直线度测量
- 82. 激光干涉仪及校准产品Laser and Calibration 激光干涉仪及校准产品 激光干涉仪及校准产品Laser and Calibration 静止激光头 静止激光头 静止直线度 反射镜 静止直线度 反射镜 移动 wollaston 棱镜 移动 wollaston 棱镜 直线度测量 直线度测量 直线度测量
- 84. 平面度测量
- 85. 06/09/2023 85 XM multi-axis calibrator system XM 多光束激光干涉仪系統 • Measure six degrees of freedom in any orientation from a single set-up 任意方向测量六个 自由度，仅需一次安装 • Unique technology, optical roll measurement and fibre optic launch 独特技术，光学滾动 角測量以及光导纤维激光传输 诊断 补偿 验收 COMP VERIFY DIAGNOSE
- 90. 对于五轴机器的要求 五轴机器的曲面高精度加工、测量难题 核心关注点是空间曲面的加工质量、 测量准确性 复杂型面模具的加工 航空叶片 叶轮的制造 光滑平面的镜面铣削 成对结构零件的精密组装配合 等等 检测结果可溯源性 机器的空间误差测量需要较好的可溯源性 高机器动态精度 机器动态精度是其完成曲面加工精度与五轴同步测量的 基础 空间精度的一致性 空间各位置定位精度一致 空间各处的直线度一致
- 92. 核心功能 XM-60多光束激光干涉仪 XM-60是一款激光测量系统，只需一次设定便可沿线性轴同时测量六个自由 度的误差。它还是一款功能强大的诊断工具，通过一次采集便可测量轴的所 有几何量误差。 对于执行空间误差补偿的用户，XM-60提供了一种可快速精准地获得所需数 据组的方法。所有测量均为光学测量，可在任意方向执行。 可测量线性、直线度，角度（俯仰/扭摆）、滚摆 内置空气压力、相对湿度传感器 可外接1个空气温度、3个材料温度传感器 测量距离 0-8米 (线性/俯仰/扭摆) 最大速度 1 m/s 分辨率（线性）1 nm 精度（线性） 0.5 ppm
- 96. 在机床的三轴移动空间中，XYZ 各个方向均有6项误差和3个垂 直度误差参数。总计21项误差 雷尼绍空间误差补偿解决方案 三维空间21项几何误差 采用不同仪器测量 各项误差 • 激光干涉仪 • 球杆仪 数据转换成对应参 数文件 • RVC • Carto compensate 数控系统开通空间 误差补偿 • SIEMENS • FANUC • 等等
- 98. 核心功能 雷尼绍RVC和COMPENSATE空间误 差补偿软件 目前支持的数控系统： –Fanuc 30i series controller –Siemens 840D controller –Mitsubishi M800 –Heidenhain DNC640 –Mazak Matrix 2 controller (under development) 软件包通过License来实现选订 配合雷尼绍校准设备对21项误差 进行数据采集 将数据转换为控制系统能接受的 参数文件
- 101. 由于仪器测量安装位置不同 产生的定位精度值会不同 ISO230-9 2005 机床温度测量 UM,机床 / UM,装置 膨胀系数 UE,机床 / UE,装置 仪器重复安装位置变 化误差 Usetup 测量装置 U装置 光路准直移位 U移位 测量不确定度的促成因素
- 103. 应用三：快速便捷地进行误差 源分析
- 104. 直线定位精度Linear (XTX) 俯仰角PITCH (XRY) 垂直直线度VERTICAL STRAIGHTNESS (XTZ) 滚动角Roll(XRX) 扭摆角Yaw (XRZ) 水平直线度Horizontal Straightness (XTY)
- 109. -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 0 200 400 600 800 1000 1200 不同位置的定位精度 相差4um difference
- 110. 偏置误差的解析 滚动角与空间直线度的关系
- 111. • 当只有简单线性 误差，误差均匀 • 只需处理单一位 置误差，空间精 度都会改善 • 但空间误差不会 总是均匀，单一 位置误差处理好 不一定代表空间 误差就有改善 当只有线性/直线度误差，误差在空间分布均匀
- 112. 滚动角 水平直线度
- 116. 对于机器装配来说问题在哪里？ 单参数测量对问题的错误判断 • 看上去可能是直线度的问题，但实际上确实滚动角误差 • 浪费大量时间在尝试修正直线度误差 • 无法在装配时找到根本问题 小技巧 可以在不同高度上测量直线度来判断是否是滚动角带来的问题
- 117. 应用四：快速便捷地进行误差 源分析
- 118. 误差可视化：直观展示误差对被测物体的影响
- 120. 应用五：动态直线度的测量分 析
- 126. 高度相差40mm 左右相差220mm
- 129. w 06/09/2023 129 XR20 rotary axis calibrator XR20无线型回转轴校准装置 • Measurement accuracy of up to ±1 arc second 測量精度：±1角秒 • Totally wireless operation for quick and easy set up 完全无线操作，安装简单快速 补偿 验收 VERIFY COMP
- 130. XR20系统概述 06/09/2023 130 XR20是无线型回转轴校准装置，设计用于测量回转轴。 主要特性包括： 与雷尼绍XL-80或XM系统兼容 小巧轻便 安装快捷、简单 借助内置准直辅助面，可轻松准直 通过蓝牙通信，实现无线操作 电池供电（如需要，也可以使用外部USB供电）
- 131. 06/09/2023 131 XR20性能参数 分辨率 0.1角秒（在20°时） 精度 ±1角秒（使用XL-80时） ±1.2角秒（使用XM系统时） 范围 0-360° XR20无线型回转轴校准装置系统规格 XR20系统参数 最大进给率 （＞5°轴布局旋转） 10 rpm 最大进给率 （＜5°轴布局旋转） 无限制 高度 130 mm 直径 Ø100 mm （固定环直径为150 mm） 重量 1.2 kg（组件重6.5 kg） 接口 内置USB接口 通信距离 标准工作距离10m 电池工作时长 3小时（新电池） XR20包含一个安装在精密伺服控制轴上的集成式角度反射镜。该轴的角度位置以及光学 镜组相对于 主体外壳的位置，由高精度光栅系统（栅尺直接安装在主轴承上）进行控制
- 133. 06/09/2023 133 XR20系统组件 XR20 固定环及连接盘 定心辅助工具 卡盘连接器 电池及充电器 固定环通过螺栓固定到 或直接装夹到待测机床 表面上，将XR20锁定 到位 锂电池x3 充电器x1 可使用定心辅助工具轻 松将固定环安装在机床 被测回转轴的中心 （车床）卡盘连接器的 直径为40 mm，适合大 多数卡盘尺寸。它还可 用于将XR20安装到定 制固定座上。 固定环连接盘可将 XR20安装在具有不规 则中心凹槽的转台上。 它还可用于将XR20安 装到卡盘连接器和定制 固定座上。
- 135. XR20无线型回转轴校准装置 订货号信息 单独配件订货号 06/09/2023 135 选件 订货号 固定环连接盘 A-9920-0270 充电器套件 A-9920-0320 锂电池 A-9920-0330 定心辅助工具 A-9920-0340 USB供电电缆-5米 A-9920-0390 固定环连接盘 A-9920-0440 USB电源接头 A-9920-0450 XR20便携箱 A-9920-0360 XR20磁力套件 A-9920-0710 micro USB电缆-1米 A-9727-0011
- 136. XR20核心功能 校准回转轴定位精度 普通回转轴 摆动轴转台 一些回转轴校准系统要求将测量设备安装在机器回转轴的中 心。有些回转轴旋转中心受到限制无法同心安装XR20 自动计算XR20旋转中心与回转轴旋转中心之间的偏置距 离 生成测试工件程序（会同步回转轴与线性轴移动，以保 持激光光束准直） 根据检测到的回转轴结果消除线性轴产生的任何角度误 差，从而为回转轴提供“纯回转轴误差”的结果 适用于各类运动平台、各种工具和机床上的回转 轴的高精度校准 06/09/2023 136
- 138. 验收 06/09/2023 138 QC20-W ballbar system QC20-W 球杆仪 • The industry standard for machine tool performance verification 机床性能验证的工 业标准 • Reduce machine down-time, scrap and inspection costs 减少机器的意外停机时间、 产品废品率生以及检测成本 诊断 DIAGNOSE VERIFY
- 139. 06/09/2023 139
- 140. Thank you Jeremy Zhao Regional Business Development Manager - Calibration, North China Mail: Jeremy.zhao@Renishaw.com Phone: +86 133 8161 6057
Editor's Notes
- 光导纤维 拼接
- We are learning from our End user and OEM customers that demand for higher accuracy and precision is growing. As well as increased efficiency and monitoring
- Traditional laser calibration has been the “go-to” method for high accuracy error measurement and compensation But we are learning that more and more, compensation alone is not enough. We are finding that our OEM customers more and more want to understand the contributing factors to their machine tool errors at the verification stage They want accurate and comprehensive information and they want it quickly. This allows them to continually improve the performance and quality of their machines To do this we need to start thinking about the 6 degrees of freedom …and not just linear
- 光导纤维 拼接
- 93
- 雷尼绍空间补偿软件是配合雷尼绍校准设备对机床21项误差进行数据采集并进行数据转换为系统能接受的参数文件而专门设计的。 它针对不同数控系统生成各系统兼容的参数文件来对具有有关选项的机床完成三维空间误差补偿。
- 单光束基本不做不确定度分析，不确定度分析的手动计算极其复杂。
- 不确定度实质上时一个概率论和数理统计上的概念 我们通常会回答18°C左右，如果精确一点我们会回答 （18+2）。我们分析一下为什么这么回答。首先18°C这个值，我们通过收看天气预报~或者我们穿着或者所处的季节等因素得出，士2°C是我们依据经验得出的，和分析结果关联的范围。 我们这么回答的目的是什么呢？我们这么回答的目的就是，尽可能准确的给出室内温度的估计值，然后再依据经验确定和分析结果关联的范围，使估计值结合这个范围以最大的把握性包含室内温度的准确值，或者说真值。如果现在有一台经过计量检定Q过的温度计。来测量室温，测量结果为：19.8°C,恰好落入我们给出范围内，我们就会说估计的结果很准确，回答的质量较高。虽然室内温度的真值我们不能确切得到，但是经过计量检定的温度计测量的结果已经足够接近真值，某种程度上可以视为真值。
- To give an example of how seeing all 6 dofs allows us better pattern recognition and identification of root cause. Here we see the linear error …quite large And then we can quickly spot that pitch and vertical straightness have a similar shape Our rule of thumb is “angles cause translations” so we can know that pitch is causing the linear error…and it is also affecting the vertical straightness That’s the obvious stuff But roll is a little sneakier….
- Lets say our “point of interest” is offset by about 65mm in Z We can now see the difference between where we measured previously and what the result is at our POI We are now sure that there is a roll issue and that it is causing straightness to be much worse at our POI We would not have seen this if we weren’t conscious of roll
- We usually expect rails to be straight and parallel But this is actually quite difficult to do in order to eliminate roll This is because roll is present whenever there is a difference between the two rails And it is almost impossible to make both rails perfectly parallel
- Here we start to see what is really going on. If we look at roll also at the same time, we can see that we have the same general shape as the Horizontal straightness. Identifying where the peaks are is another way of spotting correlations
- Here is the Horizontal
- And here is the horizontal and Roll We can see from the ‘peak’ that the roll is DRIVING the straightness
- Roll shows us that this is actually a rotational or rolling motion This is the REAL problem and fixing roll requires a different approach
- Finally, if you are unsure if what you’re seeing is roll or straightness, a way to check, is to measure straightness at different heights to see if Roll is the real issue. This is because roll makes straightness worse with height….we call this offset errors
- Lets say our “point of interest” is offset by about 65mm in Z We can now see the difference between where we measured previously and what the result is at our POI We are now sure that there is a roll issue and that it is causing straightness to be much worse at our POI We would not have seen this if we weren’t conscious of roll
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