激光干涉计在实际应用中的作用

如前所述，在控制轴数很多时，从物理上全部控制轴都适用于阿贝原理是非常困难的，但是用激光干涉计能够进行非接触测定，容易实现阿贝原理的设计。激光干涉计作为长度的测定仪器有可能达到最高水平的测定。

美国罗勒斯立巴莫亚国立研究所开发的大型光学钻石车床（Large Opitcs Diamond Turn-ing Machine，LODTM），巧妙地采用了阿贝原理。其构造如图2.7.8所示。该车床可加工直径为64in（1626mm），质量为3000lb（约1364kg）的零件。工具位置精度可达0.028μm。

图2.7.8 大型光学金刚石立式车床（LODTM）的构造

这个机械必须精确控制X轴和Z轴，欲控制之处是工具尖端。

为了满足阿贝原理，如图2.7.9所示使用激光干涉计。关于X方向，作为运动基准的两条指定规置于工具棒的两侧。单侧各两条一共用四条激光来测量X方向的位置。由上下两条激光来辅正工具棒的螺距，又由两侧测定值的平均值来除去对称于轴的框架的膨胀。

对于Z方向（工具高度方向）的位置测量，作为运动基准两条指定规沿工作台平行安装，该位置用7条激光来测量。Z方向的第三条激光利用装设在工具棒下端（为了尽量接近工具位置测量）满足阿贝原理的镜子来测定工具位置。

前述两条激光是为了消除工具棒座绕X轴回转时的误差。

图2.7.9 LODTM的摆动面位移测定装置构成图(www.xing528.com)

该机械所用的激光干涉计与本章的阿贝原理没有直接关系，其激光的通路是真空，故其有很高的精度。

对于热变形的担心在各处可以看到，原因是基准的指定规用微晶玻璃来制作，而机械构造母体材料的线膨胀系数小，加上用稳定的超级镍铁合金，为了保持这种构造物的温度为一定，循环水的温度变化控制在1.8×10^-3℃以下。对于这样的热变形的担心，在高精度机械上是重要的，请参照第2篇第9章的详细解说。

这台美国大型光学金刚石车床仅使用金刚石刀具就可以对非球面的大型金属镜面完成精密切削加工，是一台大型超精密立式车床，用在光学零件的制造上，以其能够把许多超精密定位机械要素非常高水平地集成于一体而闻名于世。

这台机床的X轴和Z轴采用液压和空气压的静压导轨，采用摩擦驱动方式，并且在Z轴的下端采用了第一工具伺服系统（Fast Tool Servo，FTS），安装有使用压电效应的元件来驱动高速微小移动定位工具台。各轴的变位和运动精度由与机床床身独立分开的框架上固定的激光干涉计进行测量，测量的分解能力达到0.6nm，进而对各机械坐标轴的运动进行信号反馈控制。

为了对空气静压主轴随时进行可逆性测定，装上了静电容量式变位计，将误差信号送往第一工具伺服系统（FTS），以防止主轴的可逆性影响加工精度。

机床的控制采用精密CNC装置和32bit小型计算机（实况时间计算机），实现了数字伺服控制的高速和高精度化。

机床必须与外界的振动环境隔离，机床设在振动隔离器的支架底座上，放在（20±0.0055）℃的恒温室内，同时在机床内部循环流动着温度为（20±0.00055）℃的冷却水。

LODTM也许是当今世界现存的最高精度（分解能/加工直径）的加工机床，需要使用最高水平的超精密位置定位机械要素和高刚性构造材料。