激光干涉儀原理詳解

激光干涉儀，以激光波長為已知長度，利用邁克耳遜干涉系統(tǒng)測量位移的通用長度測量。

技術(shù)參數(shù)
5D/6D標(biāo)準(zhǔn)型：
1. 線性：0.5ppm .
2. 測量范圍：40米（1D可選80米）
3. 線性分辨力：0.001um.
4. 偏擺角和俯仰角的精度：（1.0+0.1/m）角秒或1%顯示較大值
5. zui大范圍：800角秒
6. 滾動(dòng)角精度：1.0角秒
7. 直線度精度：（1.0+0.2/m）um或1%顯示較大值
8. 直線度zui大范圍：500um
9. 垂直度精度：1角秒
10. 溫度精度：0.2攝氏度
11.濕度精度：5%
12.壓力精度：1mmHg

介紹
激光具有高強(qiáng)度、高度方向性、空間同調(diào)性、窄帶寬和高度單色性等優(yōu)點(diǎn)。目前常用來測量長度的干涉儀，主要是以邁克爾遜干涉儀為主，并以穩(wěn)頻氦氖激光為光源，構(gòu)成一個(gè)具有干涉作用的測量系統(tǒng)。激光干涉儀可配合各種折射鏡、反射鏡等來作線性位置、速度、角度、真平度、真直度、平行度和垂直度等測量工作，并可作為精密工具機(jī)或測量儀器的校正工作。
英文名稱：laser interferometer（激光干涉儀）
分類
激光干涉儀有單頻的和雙頻的兩種。
單頻激光干涉儀
從激光器發(fā)出的光束，經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直后由分光鏡分為兩路，并分別從固定反射鏡和可動(dòng)反射鏡反射回來會(huì)合在分光鏡上而產(chǎn)生干涉條紋。當(dāng)可動(dòng)反射鏡移動(dòng)時(shí)，干涉條紋的光強(qiáng)變化由接受器中的光電轉(zhuǎn)換元件和電子線路等轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，經(jīng)整形、放大后輸入可逆計(jì)數(shù)器計(jì)算出總脈沖數(shù)，再由電子計(jì)算機(jī)按計(jì)算式[356-11]式中λ為 激光波長(N 為電脈沖總數(shù))，算出可動(dòng)反射鏡的位移量L。使用單頻激光干涉儀時(shí)，要求周圍大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)，各種空氣湍流都會(huì)引起直流電平變化而影響測量結(jié)果。
雙頻激光干涉儀
激光干涉儀
激光干涉儀
在氦氖激光器上，加上一個(gè)約0.03特斯拉的軸向磁場。由于塞曼分裂效應(yīng)和頻率牽引效應(yīng), 激光器產(chǎn)生1和2兩個(gè)不同頻率的左旋和右旋圓偏振光。經(jīng)1/4波片后成為兩個(gè)互相垂直的線偏振光,再經(jīng)分光鏡分為兩路。一路經(jīng)偏振片1后成為含有頻率為f1-f2的參考光束。另一路經(jīng)偏振分光鏡后又分為兩路：一路成為僅含有f1的光束,另一路成為僅含有f2的光束。當(dāng)可動(dòng)反射鏡移動(dòng)時(shí),含有f2的光束經(jīng)可動(dòng)反射鏡反射后成為含有f2 ±Δf的光束，Δf是可動(dòng)反射鏡移動(dòng)時(shí)因多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的附加頻率,正負(fù)號(hào)表示移動(dòng)方向(多普勒效應(yīng)是奧地利人C.J.多普勒提出的，即波的頻率在波源或接受器運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生變化)。這路光束和由固定反射鏡反射回來僅含有f1的光的光束經(jīng)偏振片2后會(huì)合成為f1-(f2±Δf）的測量光束。測量光束和上述參考光束經(jīng)各自的光電轉(zhuǎn)換元件、放大器、整形器后進(jìn)入減法器相減,輸出成為僅含有±Δf的電脈沖信號(hào)。經(jīng)可逆計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)后，由電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行當(dāng)量換算（乘 1/2激光波長）后即可得出可動(dòng)反射鏡的位移量。雙頻激光干涉儀是應(yīng)用頻率變化來測量位移的，這種位移信息載于f1和f2的頻差上，對(duì)由光強(qiáng)變化引起的直流電平變化不敏感，所以抗干擾能力強(qiáng)。它常用于檢定測長機(jī)、三坐標(biāo)測量機(jī)、光刻機(jī)和加工中心等的坐標(biāo)精度，也可用作測長機(jī)、高精度三坐標(biāo)測量機(jī)等的測量系統(tǒng)。利用相應(yīng)附件，還可進(jìn)行高精度直線度測量、平面度測量和小角度測量。
應(yīng)用
（1）幾何精度檢測 可用于檢測直線度、垂直度、俯仰與偏擺、平面度、平行度等。
（2）位置精度的檢測及其自動(dòng)補(bǔ)償 可檢測數(shù)控機(jī)床定位精度、重復(fù)定位精度、微量位移精度等。利用雷尼紹ML10激光干涉儀不僅能自動(dòng)測量機(jī)器的誤差，而且還能通過RS232接口自動(dòng)對(duì)其線性誤差進(jìn)行補(bǔ)償，比通常的補(bǔ)償方法節(jié)省了大量時(shí)間，并且避免了手工計(jì)算和手動(dòng)數(shù)控鍵入而引起的操作者誤差，同時(shí)可zui大限度地選用被測軸上的補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)，使機(jī)床達(dá)到*精度，另外操作者無需具有機(jī)床參數(shù)及補(bǔ)償方法的知識(shí)。
（3）數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)分度精度的檢測及其自動(dòng)補(bǔ)償 現(xiàn)在，利用ML10激光干涉儀加上RX10轉(zhuǎn)臺(tái)基準(zhǔn)還能進(jìn)行回轉(zhuǎn)軸的自動(dòng)測量。它可對(duì)任意角度位置，以任意角度間隔進(jìn)行全自動(dòng)測量，其精度達(dá)±1。新的標(biāo)準(zhǔn)已推薦使用該項(xiàng)新技術(shù)。它比傳統(tǒng)用自準(zhǔn)直儀和多面體的方法不僅節(jié)約了大量的測量時(shí)間，而且還得到完整的回轉(zhuǎn)軸精度曲線，知曉其精度的每一細(xì)節(jié)，并給出按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)處理的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。
（4）雙軸定位精度的檢測及其自動(dòng)補(bǔ)償 雷尼紹雙激光干涉儀系統(tǒng)可同步測量大型龍門移動(dòng)式數(shù)控機(jī)床，由雙伺服驅(qū)動(dòng)某一軸向運(yùn)動(dòng)的定位精度，而且還能通過RS232接口，自動(dòng)對(duì)兩軸線性誤差分別進(jìn)行補(bǔ)償。
（5）數(shù)控機(jī)床動(dòng)態(tài)性能檢測 利用RENISHAW動(dòng)態(tài)特性測量與評(píng)估軟件，可用激光干涉儀進(jìn)行機(jī)床振動(dòng)測試與分析（FFT），滾珠絲杠的動(dòng)態(tài)特性分析，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)特性分析，導(dǎo)軌的動(dòng)態(tài)特性（低速爬行）分析等。
主要特點(diǎn)
1. 同時(shí)測量線性定位誤差、直線度誤差（雙軸）、偏擺角、俯仰角和滾動(dòng)角
2. 設(shè)計(jì)用于安裝在機(jī)床主軸上的5D/6D傳感器
3. 可選的無線遙控傳感器zui長的控制距離可到25米
4. 可測量速度、加速度、振動(dòng)等參數(shù)，并評(píng)估機(jī)床動(dòng)態(tài)特性
5. 全套系統(tǒng)重量僅15公斤，設(shè)計(jì)緊湊、體積小，測量機(jī)床時(shí)不需三角架
6. 集成干涉鏡與激光器于一體，簡化了調(diào)整步驟，減少了調(diào)整時(shí)間
7、激光干涉儀可以同時(shí)測量線性定位誤差、直線度誤差(雙軸)、偏擺角、俯仰角和滾動(dòng)角等，以及測量速度、加速度、振動(dòng)等參數(shù)，并評(píng)估機(jī)床動(dòng)態(tài)特性等。
8、激光干涉儀的光源——激光，具有高強(qiáng)度、高度方向性、空間同調(diào)性、窄帶寬和高度單色性等優(yōu)點(diǎn)。
9、激光干涉儀可配合各種折射鏡、反射鏡等來使用。
注意事項(xiàng)
1、儀器應(yīng)放置在干燥、清潔以及無振動(dòng)的環(huán)境中應(yīng)用。
2、在移動(dòng)儀器時(shí)，為防止導(dǎo)軌變形，應(yīng)托住底座再進(jìn)行移動(dòng)。
3、儀器的光學(xué)零件在不用時(shí)，應(yīng)在清潔干燥的器皿中進(jìn)行存放，以防止發(fā)霉。
4、盡量不要去擦拭儀器的反光鏡、分光鏡等，如必須擦拭則應(yīng)當(dāng)小心擦拭，利用科學(xué)的方法進(jìn)行清潔。
5、導(dǎo)軌、絲桿、螺母與軸孔部分等傳動(dòng)部件，應(yīng)當(dāng)保持良好的潤滑。因此必要時(shí)要使用精密儀表油潤滑。
6、在使用時(shí)應(yīng)避免強(qiáng)旋、硬扳等情況，合理恰當(dāng)?shù)恼{(diào)整部件。
7、避免劃傷或腐蝕導(dǎo)軌面絲桿，保持其不失油。
維護(hù)
1、儀器應(yīng)妥善地放在干燥、清潔的房間內(nèi)，防止振動(dòng)，儀器搬動(dòng) 時(shí)，應(yīng)托住底座，以防導(dǎo)軌變形。 2、光學(xué)零件不用時(shí)，應(yīng)存放在清潔的干燥盆內(nèi)，以防止發(fā)霉。反光鏡、分光鏡一般不允許擦拭，必要擦拭時(shí)，須先用備件毛刷小心撣去灰塵，再用脫脂清潔棉花球滴上酒精和醚混合液輕拭。
3、傳動(dòng)部件應(yīng)有良好的潤滑。特別是導(dǎo)軌、絲桿、螺母與軸孔部分，應(yīng)用T5精密儀表油潤滑。
4、使用時(shí)，各調(diào)整部位用力要適當(dāng)，不要強(qiáng)旋、硬扳。
5、導(dǎo)軌面絲桿應(yīng)防止劃傷、銹蝕，用畢后，仍保持不失油狀態(tài)。
6、 經(jīng)過精密調(diào)整的儀器部件上的螺絲，都涂有紅漆，不要擅自轉(zhuǎn)動(dòng)。