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標準型：
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。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)擴束準直后由分光鏡分為兩路，并分別從固定反射鏡和可動反射鏡反射回來會合在分光鏡上而產(chǎn)生干涉條紋。當可動反射鏡移動時，干涉條紋的光強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，經(jīng)整形、放大后輸入可逆計數(shù)器計算出總脈沖數(shù)，再由電子計算機按計算式[356-11]式中λ為 激光波長(N 為電脈沖總數(shù))，算出可動反射鏡的位移量L。使用單頻激光干涉儀時，要求周圍大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)，各種空氣湍流都會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。當可動反射鏡移動時,含有f2的光束經(jīng)可動反射鏡反射后成為含有f2 ±Δf的光束，Δf是可動反射鏡移動時因多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的附加頻率,正負號表示移動方向(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動時會產(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、整形器后進入減法器相減,輸出成為僅含有±Δf的電脈沖信號。經(jīng)可逆計數(shù)器計數(shù)后，由電子計算機進行當量換算（乘 1/2激光波長）后即可得出可動反射鏡的位移量。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，對由光強變化引起的直流電平變化不敏感，所以抗干擾能力強。它常用于檢定測長機、三坐標測量機、光刻機和加工中心等的坐標精度，也可用作測長機、高精度三坐標測量機等的測量系統(tǒng)。利用相應(yīng)附件，還可進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補償 可檢測數(shù)控機床定位精度、重復定位精度、微量位移精度等。利用雷尼紹ML10激光干涉儀不僅能自動測量機器的誤差，而且還能通過RS232接口自動對其線性誤差進行補償，比通常的補償方法節(jié)省了大量時間，并且避免了手工計算和手動數(shù)控鍵入而引起的操作者誤差，同時可zui大限度地選用被測軸上的補償點數(shù)，使機床達到*精度，另外操作者無需具有機床參數(shù)及補償方法的知識。
（3）數(shù)控轉(zhuǎn)臺分度精度的檢測及其自動補償 現(xiàn)在，利用ML10激光干涉儀加上RX10轉(zhuǎn)臺基準還能進行回轉(zhuǎn)軸的自動測量。它可對任意角度位置，以任意角度間隔進行全自動測量，其精度達±1。新的標準已推薦使用該項新技術(shù)。它比傳統(tǒng)用自準直儀和多面體的方法不僅節(jié)約了大量的測量時間，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節(jié)，并給出按相關(guān)標準處理的統(tǒng)計結(jié)果。
（4）雙軸定位精度的檢測及其自動補償 雷尼紹雙激光干涉儀系統(tǒng)可同步測量大型龍門移動式數(shù)控機床，由雙伺服驅(qū)動某一軸向運動的定位精度，而且還能通過RS232接口，自動對兩軸線性誤差分別進行補償。
（5）數(shù)控機床動態(tài)性能檢測 利用RENISHAW動態(tài)特性測量與評估軟件，可用激光干涉儀進行機床振動測試與分析（FFT），滾珠絲杠的動態(tài)特性分析，伺服驅(qū)動系統(tǒng)的響應(yīng)特性分析，導軌的動態(tài)特性（低速爬行）分析等。
主要特點
1. 同時測量線性定位誤差、直線度誤差（雙軸）、偏擺角、俯仰角和滾動角
2. 設(shè)計用于安裝在機床主軸上的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、振動等參數(shù)，并評估機床動態(tài)特性
5. 全套系統(tǒng)重量僅15公斤，設(shè)計緊湊、體積小，測量機床時不需三角架
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)整時間
7、激光干涉儀可以同時測量線性定位誤差、直線度誤差(雙軸)、偏擺角、俯仰角和滾動角等，以及測量速度、加速度、振動等參數(shù)，并評估機床動態(tài)特性等。
8、激光干涉儀的光源——激光，具有高強度、高度方向性、空間同調(diào)性、窄帶寬和高度單色性等優(yōu)點。
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
1、儀器應(yīng)放置在干燥、清潔以及無振動的環(huán)境中應(yīng)用。
2、在移動儀器時，為防止導軌變形，應(yīng)托住底座再進行移動。
3、儀器的光學零件在不用時，應(yīng)在清潔干燥的器皿中進行存放，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)當小心擦拭，利用科學的方法進行清潔。
5、導軌、絲桿、螺母與軸孔部分等傳動部件，應(yīng)當保持良好的潤滑。因此必要時要使用精密儀表油潤滑。
6、在使用時應(yīng)避免強旋、硬扳等情況，合理恰當?shù)恼{(diào)整部件。
7、避免劃傷或腐蝕導軌面絲桿，保持其不失油。
維護
1、儀器應(yīng)妥善地放在干燥、清潔的房間內(nèi)，防止振動，儀器搬動 時，應(yīng)托住底座，以防導軌變形。 2、光學零件不用時，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，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、傳動部件應(yīng)有良好的潤滑。特別是導軌、絲桿、螺母與軸孔部分，應(yīng)用T5精密儀表油潤滑。
4、使用時，各調(diào)整部位用力要適當，不要強旋、硬扳。
5、導軌面絲桿應(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。