在智能制造技術(shù)持續(xù)發(fā)展的背景下，數(shù)控車(chē)床作為精密加工的核心裝備，其加工精度與自動(dòng)化水平的提升依賴(lài)于先進(jìn)檢測(cè)與控制技術(shù)的應(yīng)用。光學(xué)設(shè)備憑借非接觸測(cè)量、高精度反饋及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等優(yōu)勢(shì)，成為數(shù)控車(chē)床實(shí)現(xiàn)精密加工的關(guān)鍵組件。本文系統(tǒng)梳理數(shù)控車(chē)床常用光學(xué)設(shè)備的技術(shù)原理與功能特性，分析其在精度控制、過(guò)程監(jiān)測(cè)及功能擴(kuò)展中的應(yīng)用邏輯，為相關(guān)設(shè)備選型與工藝優(yōu)化提供理論參考。

    關(guān)鍵詞
    數(shù)控車(chē)床；光學(xué)設(shè)備；精度控制；過(guò)程監(jiān)測(cè)；智能制造
    一、引言
    數(shù)控車(chē)床通過(guò)數(shù)字指令控制刀具運(yùn)動(dòng)軌跡，其加工精度與效率受機(jī)械傳動(dòng)精度、伺服控制性能及實(shí)時(shí)檢測(cè)能力的綜合影響。光學(xué)設(shè)備利用光信號(hào)的發(fā)射、接收與處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具位置、工件尺寸、機(jī)床狀態(tài)等關(guān)鍵參數(shù)的高精度測(cè)量，成為連接機(jī)械系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)的核心紐帶。從基礎(chǔ)的對(duì)刀校準(zhǔn)到復(fù)雜的視覺(jué)檢測(cè)，光學(xué)技術(shù)的融入推動(dòng)了數(shù)控車(chē)床向智能化、精密化方向發(fā)展。

    二、數(shù)控車(chē)床核心光學(xué)設(shè)備功能解析
    （一）精度控制類(lèi)設(shè)備
    1.激光對(duì)刀儀與智能對(duì)刀系統(tǒng)
    激光對(duì)刀儀是實(shí)現(xiàn)刀具快速精準(zhǔn)定位的核心裝置，通過(guò)激光發(fā)射器與接收器的協(xié)同工作，構(gòu)建高精度測(cè)量基準(zhǔn)平面。當(dāng)?shù)毒哌M(jìn)入測(cè)量區(qū)域遮擋激光束時(shí)，觸發(fā)光電信號(hào)并傳輸至數(shù)控系統(tǒng)，系統(tǒng)基于信號(hào)變化計(jì)算刀尖坐標(biāo)（X/Z軸位置），自動(dòng)完成刀具偏移量補(bǔ)償。該設(shè)備不僅將人工對(duì)刀誤差從毫米級(jí)壓縮至微米級(jí)（典型精度±2μm），更可在加工前檢測(cè)刀具磨損或破損狀態(tài)，避免因刀具缺陷導(dǎo)致的加工失效。其高頻響應(yīng)特性（響應(yīng)時(shí)間＜5ms）滿(mǎn)足自動(dòng)換刀系統(tǒng)的快速校準(zhǔn)需求，成為高效加工的前提保障。
    2.光柵尺與光電編碼器測(cè)量系統(tǒng)
    光柵尺作為直線位移測(cè)量的核心元件，基于莫爾干涉原理，將工作臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為周期性光信號(hào)。通過(guò)讀取主光柵與指示光柵疊合產(chǎn)生的莫爾條紋移動(dòng)數(shù)量，可精確計(jì)算位移量，分辨率可達(dá)0.1μm，配合數(shù)控系統(tǒng)的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)X、Z軸定位精度的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。而安裝于主軸或伺服電機(jī)的光電編碼器，通過(guò)碼盤(pán)刻線的光學(xué)掃描，實(shí)時(shí)反饋旋轉(zhuǎn)角度與速度信息，確保螺紋加工時(shí)主軸與進(jìn)給軸的精準(zhǔn)同步（同步誤差＜0.01°），是精密螺紋加工的技術(shù)基石。
    3.激光干涉儀與機(jī)床精度校準(zhǔn)
    作為機(jī)床精度標(biāo)定的基準(zhǔn)設(shè)備，激光干涉儀利用氦氖激光的相干性，通過(guò)分光鏡將光束分為測(cè)量光與參考光，二者在被測(cè)軸運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的光程差經(jīng)干涉后轉(zhuǎn)化為位移數(shù)據(jù)。該設(shè)備可精確測(cè)量定位精度（±0.5μm/m）、重復(fù)定位精度（±0.1μm）及反向間隙等關(guān)鍵參數(shù)，為機(jī)床幾何誤差建模提供數(shù)據(jù)支撐。在熱變形補(bǔ)償場(chǎng)景中，通過(guò)多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)與激光位移數(shù)據(jù)的耦合分析，構(gòu)建熱誤差補(bǔ)償模型，將機(jī)床熱變形影響降低60%-80%，確保長(zhǎng)期加工精度穩(wěn)定性。
    （二）過(guò)程監(jiān)測(cè)類(lèi)設(shè)備
    1.機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的智能化應(yīng)用
    集成工業(yè)相機(jī)與圖像處理算法的視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，構(gòu)建了數(shù)控車(chē)床的"智能眼睛"。在加工過(guò)程中，高速相機(jī)（幀率＞500fps）實(shí)時(shí)采集工件圖像，通過(guò)邊緣檢測(cè)、特征匹配等算法，在線測(cè)量直徑、長(zhǎng)度等關(guān)鍵尺寸（測(cè)量精度±5μm），并與CAD模型進(jìn)行偏差比對(duì)，自動(dòng)觸發(fā)加工參數(shù)調(diào)整。針對(duì)表面缺陷檢測(cè)，基于深度學(xué)習(xí)的圖像識(shí)別技術(shù)可識(shí)別0.1mm級(jí)的劃痕、裂紋等缺陷，漏檢率＜0.1%。在自動(dòng)化生產(chǎn)線中，視覺(jué)系統(tǒng)與機(jī)器人的協(xié)同定位精度可達(dá)±0.2mm，實(shí)現(xiàn)工件的精準(zhǔn)抓取與裝夾。
    2.紅外測(cè)溫儀與熱狀態(tài)監(jiān)控
    非接觸式紅外測(cè)溫儀通過(guò)接收物體表面的紅外輻射能量，經(jīng)普朗克定律反演溫度值，測(cè)溫精度可達(dá)±1℃（量程200-1000℃）。在切削過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)刀具切削刃與工件接觸區(qū)域的溫度變化，當(dāng)溫度超過(guò)閾值時(shí)自動(dòng)報(bào)警并調(diào)整切削速度，避免因過(guò)熱導(dǎo)致的刀具涂層失效或工件熱變形。結(jié)合溫度場(chǎng)分布數(shù)據(jù)，可優(yōu)化切削液噴射策略，將刀具壽命提升20%-30%。
    （三）功能擴(kuò)展類(lèi)設(shè)備
    1.激光打標(biāo)機(jī)與工件標(biāo)識(shí)技術(shù)
    激光打標(biāo)機(jī)通過(guò)光纖激光器產(chǎn)生高能量密度光束，在工件表面進(jìn)行微熔或化學(xué)改性，實(shí)現(xiàn)序列號(hào)、二維碼、LOGO等信息的永久標(biāo)記。標(biāo)記速度可達(dá)500字符/秒，線寬精度±5μm，適用于不銹鋼、鋁合金等多種材料，滿(mǎn)足航空航天、醫(yī)療器械等領(lǐng)域的可追溯性要求。其非接觸加工特性避免了傳統(tǒng)機(jī)械打標(biāo)對(duì)工件表面精度的影響，成為精密加工的重要功能延伸。
    2.光學(xué)對(duì)中儀與裝夾精度保障
    光學(xué)對(duì)中儀采用雙軸光學(xué)瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)整夾具（如卡盤(pán)）與主軸的相對(duì)位置，確保二者同軸度誤差＜5μm。在多工序加工或精密模具加工中，該設(shè)備可快速校準(zhǔn)工件坐標(biāo)系，消除因裝夾偏差導(dǎo)致的加工偏心，尤其適用于高精度回轉(zhuǎn)體零件（如軸承套圈、精密齒輪）的加工定位。

    三、光學(xué)設(shè)備的協(xié)同應(yīng)用與技術(shù)趨勢(shì)
    在高端數(shù)控車(chē)床中，光學(xué)設(shè)備的功能不再孤立存在，而是通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)（如EtherCAT總線）與數(shù)控系統(tǒng)深度融合，形成"檢測(cè)-控制-執(zhí)行"閉環(huán)。例如，激光對(duì)刀儀數(shù)據(jù)直接驅(qū)動(dòng)刀具補(bǔ)償算法，視覺(jué)檢測(cè)結(jié)果實(shí)時(shí)修正加工軌跡，紅外測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)參與切削參數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)，構(gòu)建全流程智能加工系統(tǒng)。未來(lái)技術(shù)發(fā)展將聚焦于多傳感器融合（如視覺(jué)與力覺(jué)協(xié)同）、微型化集成（嵌入式光柵尺）及AI算法賦能（缺陷識(shí)別深度學(xué)習(xí)模型），推動(dòng)數(shù)控車(chē)床從精度保障向質(zhì)量預(yù)測(cè)與自主優(yōu)化升級(jí)。

    光學(xué)設(shè)備作為數(shù)控車(chē)床的"精度引擎"，在對(duì)刀校準(zhǔn)、位置反饋、過(guò)程監(jiān)測(cè)及功能擴(kuò)展中發(fā)揮不可替代的作用。從微米級(jí)的幾何精度控制到亞毫米級(jí)的缺陷識(shí)別，其技術(shù)應(yīng)用深度反映了機(jī)床的智能化水平。隨著精密加工需求的提升，光學(xué)設(shè)備將與數(shù)控系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)更緊密的技術(shù)耦合，成為推動(dòng)高端裝備制造升級(jí)的核心技術(shù)單元。在實(shí)際工程中，需結(jié)合加工材料特性、精度要求及生產(chǎn)節(jié)拍，合理配置光學(xué)檢測(cè)方案，最大化發(fā)揮數(shù)控車(chē)床的加工效能。
    參考文獻(xiàn)
    [1]王愛(ài)玲?，F(xiàn)代數(shù)控原理及應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2020.[2]李伯虎。智能制造技術(shù)與系統(tǒng)[J].中國(guó)機(jī)械工程，2021,32(5):513-520.[3]ISO230-2:2020,Machinetools—Testsforstaticanddynamicrigidity—Part2:Determinationofthermaleffects[S].