常規(guī)測量數(shù)控機床位移誤差的方法是靜態(tài)的——在每次測量間隔機器要停幾秒鐘穩(wěn)定下來哄陶，然后采集定位數(shù)據(jù)地垢。對于小間距或長行程機床的測量捌养，這意味著需要相當可觀的停機時間湾蝙。而同樣的測量，采用不間斷的同步數(shù)據(jù)采集螃妨，僅需幾分鐘惰绘。事實上，不間斷的同步數(shù)據(jù)采集還可以測量更多的點君哮，提供更多的細節(jié)且省時間抄蔬。譬如，如果每25毫米間隔要停5秒鐘的話焊槐，1,250毫米的軸長以及5個來回的操作需要50分鐘以上的時間音共。
　　
　　此外，靜態(tài)定位誤差通常是由于幾何尺寸斗液、導(dǎo)軌以及結(jié)構(gòu)剛性引起的宗恩。而一般不測量的動態(tài)定位誤差則是由伺服參數(shù)、諧振頻率以及加速度或減速度引起的彰晌。換句話說领姨，因為機床在采集數(shù)據(jù)前停下來了，這就遺漏了伺服或動態(tài)誤差张弛。理論上軌跡精度應(yīng)該可以用動態(tài)位移誤差表來改進荒典，而不是靜態(tài)位移誤差表。對于模具制造商來說吞鸭，這一點特別重要寺董，因為必須要保證模具腔與多種表面組成的復(fù)雜幾何形狀完全一致。
　　
位移測量手段
　　
　　1881年Michelson 發(fā)明了干涉儀。他后來在1907年為此獲得了諾貝爾物理獎遮咖。Michelson 干涉儀用白光作光源滩字，并用了固定和可移動的反射鏡。Michelson 干涉儀通過計算干涉條紋一直被用來測量距離或比較距離御吞。隨著激光的發(fā)明麦箍，單頻的氦氖激光取代了白光作為光源，并用二個角錐棱鏡代替了平面鏡陶珠。
　　
　　單頻的氦氖激光束被一分束器分成二束光挟裂，一半光束通過一可移動的角錐棱鏡，另一半則反射到一固定的角錐棱鏡背率。二反射光束回來時在分束器相遇话瞧。將所有光路精密地調(diào)準后，這二相遇的光束就相互干涉蛇筷，并產(chǎn)生干涉條紋鹅媒。用一小面積的光電探測器計數(shù)條紋。每一周期的強度變化表示可移動角錐棱鏡行程的半波長慧菜。假如已知激光的波長矛郁，那么可移動角錐棱鏡行程也可精確地得到。單頻干涉儀的問題是對于噪聲太敏感祖匕。因此蒜座，從移動中無法辨別電噪聲還是增益漂移。
　　
　　雙頻的干涉儀使用一雙頻的氦氖激光器汪怒，將二個不同頻率光束混合后產(chǎn)生一載波頻率叽渡。因此，攜帶的距離信息是以交流波形式而不是直流波形式杭厘。雙頻干涉儀的問題是需要笨重的永磁鐵以及精密的光學(xué)元件以穩(wěn)定激光頻率酣殊，保持偏振，并使回到激光諧振腔的散射光減到最小隶丁。由于該系統(tǒng)體積笨重锡移，并有大量的光學(xué)元件，因此測量時大部分機床需要打開機床罩漆际。
　　
激光多普勒校準系統(tǒng)
　　
　　激光多普勒校準系統(tǒng)使用一激光多普勒位移測量儀（LDDM）淆珊，該系統(tǒng)結(jié)合了微波雷達技術(shù)、多普勒效應(yīng)以及光學(xué)外差技術(shù)奸汇。LDDM采用了電光施符、光學(xué)外差工藝及相位解調(diào)器來得到移動角錐的位置信息。
　　
　　LDDM是用一氦氖激光束照射一反射鏡來測量位移的擂找。當反射鏡移動時被反射的激光束發(fā)生頻率變化戳吝。由于被反射激光束的相位正比于反射鏡的位置烁挟，因此可以測量得到位置的變化。
　　
　　對于LDDM來說骨坑，偏振及彌散光不是一個問題，也不需要精密的光學(xué)系統(tǒng)柬采。鏡子可以隨意插入光路欢唾，簡單的反射鏡就可以用來反射激光束到任意的角度。
　　
如何使用激光多普勒校準系統(tǒng)
　　
　　要校準普通或者滾珠絲桿粉捻，在軸上放一刀片缅含，馬達驅(qū)動絲桿觸發(fā)了位置傳感器。例如可以用四個位置傳感器來采集四套每轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)杖荤。位置傳感器送出一TTL脈沖到 PCMCIA卡以觸發(fā)數(shù)據(jù)采集脓擅。不間斷地采集數(shù)據(jù)的關(guān)鍵是外部觸發(fā)器和數(shù)據(jù)采集與TTL觸發(fā)脈沖同步，也即同時采集數(shù)據(jù)窥吮。用四個位置傳感器測得的典型的滾珠絲桿的螺距誤差是每轉(zhuǎn)0.2英寸嚣僚。因此在超過20英寸的絲桿上每英寸可以測20個數(shù)據(jù)。在這個例子中哗搏，熱膨脹誤差比螺距誤差小得多甫沉。
　　
　　要校準數(shù)控機床的一個軸，將激光頭放置在床身上酒危，反射鏡或者靶標被安置在主軸上似靖。將激光束與常規(guī)靜態(tài)的激光校準一樣調(diào)整到平行與主軸。但是與通常每走一步要停5秒鐘一直走到終點不同败旋，現(xiàn)在將主軸調(diào)整到可以從開始一直連續(xù)移動到終點而不需要任何停止录切。
　　
　　位置傳感器可放置在滾珠絲桿上或者滾珠絲桿的轉(zhuǎn)輪上。非接觸的觸發(fā)器固定在磁座上仁连。觸發(fā)器的刀片放置在絲桿的轉(zhuǎn)輪上蓝角。轉(zhuǎn)輪每轉(zhuǎn)動一次，觸發(fā)信號被送到PCMCIA卡以采集數(shù)據(jù)怖糊。有一些機床觸發(fā)信號是來自機床的控制器或者編碼器的輸出帅容。

　　　　
　　　　　　　　　　　　　每轉(zhuǎn)4個 觸發(fā)脈沖校準滾珠絲桿的示意圖

實驗過程
　　
　　用一帶高數(shù)據(jù)速率PCMCIA界面卡以及外觸發(fā)器的多普勒系列的激光校準系統(tǒng)，以每秒10,000數(shù)據(jù)速率不停地同步采集數(shù)據(jù)伍伤。
大氣壓力傳感器并徘、空氣溫度傳感器及材料溫度傳感器可以自動補償波長變化帶來的測量誤差，材料的熱膨脹在激光系統(tǒng)的標準以內(nèi)扰魂。LDDM的激光頭放在工作平臺上麦乞，而反射鏡安置在垂直加工中心的主軸上。一個非接觸的觸發(fā)器被固定在一磁座的桿上劝评，而一觸發(fā)刀片則固定在轉(zhuǎn)輪上姐直。
　　
　　用一帶有高速PCMCIA卡的筆記本電腦采集數(shù)據(jù)倦淀。用一特制的電纜將LDDM處理器的輸出與PCMCIA卡連接，觸發(fā)器的信號連接到LDDM處理器声畏。在 LDDM軟件的主菜單中，2-D時間基數(shù)按鈕是用來為數(shù)據(jù)采集設(shè)置的淤点。可選擇數(shù)據(jù)速率揉远、時間間隔以及外觸發(fā)器。最大的速度是每秒5米衰件，最高的數(shù)據(jù)速率是每秒10,000個數(shù)據(jù)邻因。從觸發(fā)脈沖到位移讀出之間的數(shù)據(jù)壽命小于100納秒。
　　
　　在實驗中擅盏，二個激光頭放置在Y軸方向分開4.25英寸（10.8厘米）距離耽暖。位移數(shù)據(jù)先用常規(guī)的靜態(tài)數(shù)據(jù)采集方法采集，每2英寸停一下纹硼，整個行程18英寸冗腐。最大誤差為 0.02英寸，反向間隙0.005英寸脱睛。
　　
　　然后同樣設(shè)置蚊患，而用不停頓同步外觸發(fā)器采集位移數(shù)據(jù)。用0.2英寸的間隔护盈，整個行程19英寸挟纱，走了至少5個來回采集了數(shù)據(jù)。
　　
　　不停頓同步采集了二套LDDM位移數(shù)據(jù)腐宋。通過二個位移誤差的差值除以分開距離紊服，可以計算出角度誤差。最大的角度誤差為8.5弧秒胸竞。最大的直線讀誤差為0.00012英寸。
　　
　　與靜態(tài)采集的數(shù)據(jù)相比卫枝，同步采集的數(shù)據(jù)的結(jié)果是相似的，但具有更詳細的信息校赤。用此位移數(shù)據(jù)去補償機床的誤差，要比常規(guī)靜態(tài)采集的數(shù)據(jù)補償?shù)慕Y(jié)果更好马篮。此外条舀，使用同步數(shù)據(jù)采集可以節(jié)省時間杰赴，特別是對于小間隔或大型機床的測量更是如此。

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