激光干涉儀使用技巧講解

1、f靜堂鴦濺斌技術(shù)）2 0 0 7亭第弘譽第0麓激光干涉儀使用技巧G 口池11 0Laserferometer魏純（廣州市計最檢測技術(shù)研究院，廣東廣州5 1 0 0 3 0）瓣萎：本文討論了激光予涉儀在使用巾的準(zhǔn)直等技礴.用戶在實際使用中增加葺芒件以及維護(hù)巾邇薊的同舔。燕鍵詞：激光平涉儀；準(zhǔn)直1引言高性能激光干涉儀具有快速、高準(zhǔn)確測量的優(yōu)點，是校準(zhǔn)數(shù)字機(jī)床、坐 標(biāo)測量機(jī)及其它定位裝置精度及線性指標(biāo)最常用的標(biāo)準(zhǔn)儀器，弦者所在單位使用的 是英國R E N I SHAW公閉生產(chǎn)的M L 1 0激光干涉儀.具有性能穩(wěn)定，使S方 便等特點。通過較長時闖使用.作者認(rèn)為測量人員除了要考慮環(huán)境.溫度.原理等影響

2、測量的常規(guī)因素外，掌握一些激光干涉儀的使用技巧會使測量互作事半功倍。2原理介紹M L 1 0激光干涉儀是根據(jù)光學(xué)千涉基本原理設(shè)計磊成酌。從M L 1 0激光器 射出的激光束有單一頻率，其標(biāo)稱波長雋0 .6 3 3 P L I n,且其長期波長穩(wěn)定 健（真空狀態(tài)）要高于0 . 1 ppm。當(dāng)此光束抵達(dá)偏振分光鏡時，會被分為兩道 光束一一道反射光糯一道透射光。這兩道光射向其反光鏡.然后透過分光鏡反射圈 去.在激光頭內(nèi)的探測器形成一道干涉光束。若光程差沒有任俺變訖，探測器會在 樵長性秘楣潢性于涉的兩極找到穩(wěn)定的信號。若光程差確實有變化，探測器會在每一次光程改變時.在相長性和相消性干涉的弼極找到變動的

3、信號。這些變化（援格）會被計算并用來測量兩個光程聞的差異變 化。測量的光程就是柵格數(shù)乘以光束大約一半的波長。值褥注意的是，激光束的波長取決于所通過敖空氣折射率。由于空氣折射率會 隨著溫度、壓力和相對濕度而變化，用來計算測蹩值的波長值可能需要加以李 償.以配合這題環(huán)境參數(shù)豹改變。實際上就測量準(zhǔn)確度而言，此類補償在進(jìn)行線性 位移（定位精度）測量.特別是量程較大時.非常重要。3激光干涉儀使用技巧Z軸激光光路快速準(zhǔn)直方法用激光干涉儀進(jìn)行線性測量時，無論是數(shù)字機(jī)床、還是坐標(biāo)測燮楓，Z軸測量酵激光光路的礁童榻對X、Y軸準(zhǔn)直來說.要 困難的多。尤其是在Z軸距離較長的情況下.要保證激光光束經(jīng)反射鏡反射后回到

4、激先探測器的強度滿足測量對對光強的要求，準(zhǔn)妻激光光路往往需要很長時間。根據(jù)作者長期使用的經(jīng)驗.按照“離處動尾部，低處動整體”的調(diào)整方法，將會 大大縮短漆直時聞。（“尾部”是指M L 1 0激光器電源接口邊上的傾斜度調(diào)蹩旋鈕 和三兔架云臺上的旋轉(zhuǎn)微調(diào)控制旋鋰.“整體”是指三o角架云禽酶平移控制旋鋰和三角架的商度調(diào)整曲柄。）具體調(diào)整方法如下：Z軸置于低處，利用ML 1 0激光器外斃中部的瞄準(zhǔn)槽，正對Z軸放置分光鏡.左右移開Z輔，觀察激光光路.保證激光轉(zhuǎn)向后大致平行于Z軸，左右移回Z軸放置線性反射鏡及光靶（可以蓋在反射或分光鏡上以幫助入眼瞄準(zhǔn)及控制光路的靶），激光打在反射鏡光靶 上。初步調(diào)整后.圍定

5、分光鏡并在分光鏡上安裝光靶，通過“整體"調(diào)整精確瞄準(zhǔn)光 靶后，取下分光鏡光?g.將Z軸升離.觀察激光在反光鏡光靶上偏離程度，同時透 過“尾部”調(diào)整使激光對準(zhǔn)反光鏡光靶.若在此過程中醫(yī)“尾部"的調(diào)整導(dǎo)致分光鏡遮 擋了部分激光，嬲將Z軸停止上升西到起始處，重新調(diào)整“整體”再次對準(zhǔn)反射鏡 光靶。緊接著再升Z軸.繼續(xù)調(diào)整“尾部”觀察激光在反光鏡光靶上德離程度。重 復(fù)整個過程，往德凡次即可達(dá)封準(zhǔn)直要求。需要注意的是“整體”和“尾部"不能同時 調(diào)整，一定按照“高處動尾部，低處動整體”的方法分另諼整，否財溺整過程很容 易混亂。3.2輔助工具的選擇雖然ML 1 0激光干涉儀安裝組

6、件比較齊全，但在實際使癘過程李逐是需要另 外配置一些轅助工輿：自己研制低高度云蠡支架部分機(jī)床工作臺髙度與地面是基本相平的，那么測量Z軸器重，如果使黑激光干涉儀原裝三角架及云臺安放激光器于地面.則肯定會因為三角架本身的高度，損失1 m左右的測量范圍。作者是采用自己研制低的高度云臺支架，焉機(jī)床的遁蔦緊逶裝置露緊在槐床平臺上或利用藏物緊 圃.將云臺裝在上面，仍然利用手柄鎖緊，整個裝置高3 0cm左右，則最大程度 的保魏純：激光干涉僅使用技巧證Z軸的測量范圍。322選擇磁性表座磁性表座是激光干涉儀常用的輔助工具.選擇時需要注意，表座工作面上需有M8的螺孔以配合安裝鏡組安裝桿，主磁性吸面位于底面和側(cè)面的

7、表座各選擇兩個（實驗室或工廠多采用的是主磁性吸面位于底面的表座），在測量時, 往往側(cè)面吸的表座更利于激光干涉儀鏡組的安裝。在現(xiàn)場使用是激光干涉儀廣泛應(yīng)用的一個特點.但往往現(xiàn)場工作條件比較差，裝夾具不一定全。作為校準(zhǔn)測試人員，提前較好較全地選擇配套輔助工具，根據(jù)現(xiàn)場情況.合理使用輔助工具.是順利、高效完成測量任務(wù)的重要一環(huán)。33鏡組的靈活使用M L1 0激光干涉儀配備有線性測量鏡組、角度測量鏡組.平面度測量組件、直線度測量組件、垂直度測量鏡組、激光器準(zhǔn)宜輔助鏡等等.實際使用中.有些不同功能的鏡組也可以相互組合使用，以滿足測量需要。比如角度測量鏡組中的反射鏡也可以替換線性測量鏡組中的反射鏡；激光器

8、準(zhǔn)直輔助鏡的使用可以減少準(zhǔn)直調(diào)整的時間。同時.激光干涉儀各個測量鏡組也可以在別的測量工作中使用，常見的利用分光鏡或者光學(xué)直角器，達(dá)到改變光路.方便測量的目的。這需要.測量人員了解設(shè)備性能、掌握測量技巧，在滿足測量準(zhǔn)確度的前提下活學(xué)活用。34配備專用電腦的重要性ML 1 0激光干涉儀常配合筆記本電腦使用，但如果不注意專用的問題，無論 是軟件沖突、抑或是電腦病毒.往往會影響到測量和使用。作者曾經(jīng)在一臺大型銃床位置準(zhǔn)確度檢測過程中，遇到測量中電腦無端重啟， 導(dǎo)致之前測量過程中的數(shù)據(jù)全部丟失的情況。過后檢查該電腦，沒有發(fā)現(xiàn)病毒或其 他問題，但確實長時間用于激光干涉儀測量中，會出現(xiàn)重啟的現(xiàn)象。電腦專屬專

9、用，利于測量數(shù)據(jù)長期保存方便測量人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、問題查 找。日常維護(hù)M L I 0激光干涉儀使用中日常維護(hù)也同樣重要,要注意以下幾點：(1 )避免現(xiàn)場與儀器箱內(nèi)溫差較大時.直接開箱使用；(2) 運輸、使用中避免劇烈碰撞;(3) 儀器線纜要防止碾、壓，線纜接口防止變形；(4) 多塵的環(huán)境中，要注意光學(xué)鏡組放塵，測量間隙較長時，注意將激光光閘關(guān)閉.防止灰塵進(jìn)入激光器;(5) 清洗光學(xué)鏡組要使用高質(zhì)量的擦拭紙、清洗液。參考文獻(xiàn)1楊靖岳，邵蔭梅，張仁岱，周明家.白準(zhǔn)直儀.機(jī)械工業(yè)出版杜，1 9 8 2 .2計量測試技術(shù)手冊編委計量測試技術(shù)手冊第二卷.中國計量出版社，1 9 9 7,39 8 0.4F

10、 . T .阿雷克E 0 .舒爾茨一杜波依斯.激光器科學(xué)出版社1葉聲華.激光在精密計量的應(yīng)用機(jī)械工業(yè)出版社，1982,RENISHAWML10激光干涉儀測量系統(tǒng)說明書.作者簡介：魏純，男，助理工程師。工作單位：廣州市計量檢測技術(shù)研究院。通訊地址：5 1 0 0 3 0廣州市廣仁路1 1號。收稿時問- "2 0 0 7 0 6加(上接第3 7頁)不要用力過猛，同時不能使齒輪與齒條脫離嚙合。調(diào)整好嚙合間隙后將三個安 裝螺釘擰緊。(7)修理示值誤差?？ǔ叩氖局嫡`差在整個測量范圍內(nèi)為負(fù)時的修理。見表1。單位：m i 1 1將主尺背面固定齒條靠近測量面第一個螺釘松開，裁剪一條長度1 0mm寬度

11、3 mm厚度0.0 651X1左右的銅箔如果沒有用普通打印紙也可以。將銅箔塞到齒條與主尺接觸的間隙中， 然后擰緊固定螺釘。注意.不要讓銅箔高出齒條表面?？ǔ叩氖局嫡`差在整個測量 范圍內(nèi)有正有負(fù)時的修理。見表2。修理方法基本同上。不同之處是要擰松8 1 . 6mm附近固定齒條的螺釘，將銅箔塞到8 1 . 6mm處齒條與主尺接觸的間隙中，然后擰緊固定 螺釘。用此方法修理帶表卡尺示值誤差效果明顯，只是在修理時要根據(jù)示值誤差的大 小選用不同厚度的銅箔（或紙張）。作者簡介：張軍生.男，高級技師。工作單位：中國航天科工集團(tuán)7 8 0 1研究所。（湖南國防區(qū)域計量站4 1 0 2校準(zhǔn)實驗室）。通訊地址：4

12、1 0 2 0 5湖南省長沙市5 8 5信箱3分箱。收稿時聞：2 0 0 7-0 5-2 9激光干涉儀使用技巧作者：魏純作者單位：廣州市計量檢測技術(shù)研究院廣東，廣州,510030刊名：計S與測試技術(shù)英文刊名：METROLOGY & MEASUREMENT TECHNIQUE 年，卷(期:2007, 34(10引用次數(shù)：參考文獻(xiàn)（5條1.楊靖岳邵蔭梅張仁岱周明家自準(zhǔn)直儀19822.計量測試技術(shù)手冊編委 會計量測試技術(shù)手冊19973. F T阿雷克.E 0舒爾茨-杜波依斯激光器19804.葉聲 華激光在精密計量的應(yīng)用19825. RENISHAW ML10激光干涉儀測量系統(tǒng)說明書相似文獻(xiàn)（

13、10條1會議論文曹利波利用激光干涉儀對機(jī)床定位精度的快速檢測2008簡要介紹了雙頻激光干涉儀的組成和工作原理，并介紹了 一種快速調(diào)整激光干 涉儀準(zhǔn)直的方法以及檢測機(jī)床定位精度時的注意事項。2期刊論文于迎紅激光干涉儀線性光束準(zhǔn)直的快速調(diào)整方法計最技術(shù)2006（9本文介紹了在生產(chǎn)現(xiàn)場激光干涉儀光束準(zhǔn)直的快速調(diào)整方法，掌握技巧可提高 工作效率.3學(xué)位論文成相印激光準(zhǔn)直測量中幾個基礎(chǔ)性問題的研究1994該文綜述了當(dāng)前激光準(zhǔn)直測量方法，通過比較分析,認(rèn)為下面三個問題帶有一定 普遍性，值得仔細(xì)研究激光的穩(wěn)頻;2光學(xué)、光路的自適應(yīng);3結(jié)構(gòu)分析.該文提出了 種用雙頻激光干涉儀測量直線度的新方法從激光頭出射的激

14、光，通過第一個渥拉 斯屯棱鏡變成兩束夾一小角度的光束，再通過第二個渥拉斯屯棱鏡變成兩束平行光, 經(jīng)直角體反射回激光頭，通過對測量光束和參考光束比相，就可獲得直線度偏差.4.學(xué)位論文陳慶基于信號調(diào)制的二維微小角度傳感器的設(shè)計2007角度測量在現(xiàn)代企業(yè)的質(zhì)量保證體系中具有非常重要的地位.也是幾何量計量 技術(shù)的重要組成部分。隨著納米測試技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，高精度、高分辨率小角度 測量方法的研究成為此領(lǐng)域研究的一項重要內(nèi)容?，F(xiàn)階段由于運用了各種先進(jìn)的測 量手段和儀器，使得測量準(zhǔn)確度和精度達(dá)到了很高的水平。但是，傳統(tǒng)的小角度測 量儀器如激光干涉儀，光電自準(zhǔn)直儀等，由于具有體積大、系統(tǒng)復(fù)雜、造價昂貴、 對測

15、量環(huán)境要求高、較難組成多維測角系統(tǒng)等特點而很難用于工業(yè)高精度在線測 量。本課題就是在這樣的背景下提出來的。為了解決上述問題.本課題基于光學(xué) 內(nèi)反射效應(yīng)，設(shè)計并試制了一種新型二維微小角度傳感器.實現(xiàn)二維角度的測量， 為下一步設(shè)計組建小型化多自由度位移檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)對精密加工機(jī)床或坐標(biāo)測量 機(jī)的運動姿態(tài)及誤差的測量奠定基礎(chǔ)。本系統(tǒng)采用基于MSP430高性能單片機(jī)檢測 電路進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度；使用光源調(diào)制方法，提高信號的測量精 度。以下是本論文的主要研究內(nèi)容；1論述了本文研究的目的和意義.查閱了大 量的國內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料，綜合評述了微小角度測量技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。2.從 理論上系統(tǒng)的

16、分析了基于光學(xué)內(nèi)反射效應(yīng)測角法的原理。3.設(shè)計制作了一種可調(diào)制 半導(dǎo)體激光器，包括準(zhǔn)直系統(tǒng)和調(diào)制驅(qū)動電路。4.設(shè)計制作了基于單片機(jī)系統(tǒng)的處 理電路，對其技術(shù)性能、工作特性進(jìn)行了實驗研究。5.提出該傳感器的評價方法， 對影響檢測準(zhǔn)確度的誤差因素進(jìn)行了比較系統(tǒng)地分析。5期刊論文高媛郭麗莎激光干涉儀測角系統(tǒng)的精度補償方法計量技術(shù) 2003(1提出一種新的準(zhǔn)直方法，對HP5528A激光干涉儀測角實現(xiàn)了精密計量.6.期刊論文黃天喜.嚴(yán)禎.曾韜.HUANG Tiaii-xi. YAN Zhen. ZENG Tao幾種測 量機(jī)床導(dǎo)軌直線度誤差的方法-機(jī)械工程與自動化2008(2介紹了 3種測量機(jī)床導(dǎo)軌直線度

17、的方法，闡述了其基本原理，并對其進(jìn)行了分析 和比較.7.期刊論文 張立新 黃玉美.王峰ZHANG L1-X1U. HUANG Yu-inei. WANGFeng干涉測量的誤差分析與并聯(lián)機(jī)床的準(zhǔn)確度測量-光子學(xué)報2008,37(6對雷尼紹激光干涉儀的線性測量原理進(jìn)行了詳細(xì)探討，分析了干涉儀在線性測 量中的主要影響因素和誤差誘因;作出了線性測量的準(zhǔn)直誤差特性曲線和阿貝誤差 特性曲面，并利用最小二乘法擬合得到了干涉儀準(zhǔn)直測量誤差的數(shù)學(xué)模型和沿U、V 方向離散的阿貝誤差特性曲線方程;給出了一種建立誤差數(shù)學(xué)模型的方法采用激光 干涉儀檢測了并聯(lián)數(shù)控機(jī)床直線軸的運動準(zhǔn)確度，并提出了一種適合于并聯(lián)機(jī)床直 線軸

18、定位準(zhǔn)確度測量的干涉測量方法.&學(xué)位論文嚴(yán)琴落體法等效原理實驗檢驗中的激光干涉測量系統(tǒng)2002等效原理是物理學(xué)的基本假設(shè)之一.它最基本的表述是在局域慣性系中，作用在 物體上的引力和慣性力是無法通過實驗加以區(qū)分的人們已經(jīng)采用了許多種方法來 檢驗這一原理.不過所有已完成和正在進(jìn)行的等效原理實驗都是檢驗非旋轉(zhuǎn)物體的 等效性.張元仲等人首次提出檢驗宏觀旋轉(zhuǎn)物體的等效性分析表明可以通過測量旋 轉(zhuǎn)物體在自由下落過程中受到的加速度差來檢驗旋轉(zhuǎn)物體的等效性.該文對激光干 涉等效原理實驗中光學(xué)測量系統(tǒng)的調(diào)試工作進(jìn)行了介紹，如準(zhǔn)直系統(tǒng)、干涉系統(tǒng)和 角度校準(zhǔn)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)等等;對光學(xué)測量系統(tǒng)引進(jìn)的系統(tǒng)誤差進(jìn)行分析和計算主要包 括高斯光束引入的誤差，光線與測線不平行引入的誤差.結(jié)果表明，該實驗中光學(xué)系統(tǒng) 所帶來的相對誤差為Ag/g10-8量級.實驗結(jié)果表明宏觀旋轉(zhuǎn)物體的等效性在 10vL7的相對精度上是成立的.9.學(xué)位論文程吉水工件臺激光干涉儀測量誤差模型研究2008多自由度精密運動臺是集成電路設(shè)備、精密加工機(jī)床等的關(guān)鍵部件.具有速度 大、精度高的特性，其運動精度直接影響整機(jī)的性能，因此多自由度精密運動臺的 高速高精運動控制十分