激光干涉仪使用技巧讲解

1、厨静堂鸯溅斌技术）亭第弘誊第麓激光干涉 仪使用技巧口洫魏纯（广州市计最检测技术研究院，广东广州）瓣萎：本文讨论了激光予涉 仪在使用巾的准直等技礴，用 户在实际使用中增加葺芒件以及 维护巾邋蓟的同舔。燕键词：激光平涉仪；准直引言高性能激光干涉仪具有快速、高准确 测量的优点，是校准数字机床、坐 标测量机及其它定位装置精度及 线性指标最常用的 标准仪器，弦者所在单位使用的是英国公闭生产的激光干仪涉，具有性能稳定，使罱方便等特点。通过较长时闯 使用，作者认为测量人员除了要考 虑环境、温度、原理等影响测量的常规因素外，掌握一些激光干涉 仪的使用技巧会使 测量互作事半功倍。原理介绍激光干涉仪是根据光学千涉

2、基本原理 设计磊成酌。从激光器射出的激光束有 单一频率，其标称波长隽，且其长期波长稳定健（真空状态）要高于。当此光束抵达偏振分光镜时，会被分为两道光束一一道反射光糯一道透射光。这两道光射向其反光 镜，然后透过分光镜反射圈去，在激光 头内的探测器形成一道干涉光束。若光程差没有任俺 变讫，探测器会在樵 长性秘楣潢性于涉的两极找到稳定的信号。若光程差确 实有变化，探测器会在每一次光程改 变时，在相长性和相消性干涉的弼极找到变动的信号。这些变化（援格）会被计算并用来 测量两个光程 闻的差异 变化。测量的光程就是 栅格数乘以光束大 约一半的波 长。值褥注意的是，激光束的波 长取决于所通 过敖空气折射率。

3、由于空气折射率会随着温度、压力和相 对湿度而 变化，用来计算测蹩值的波长值可能需要加以李偿，以配合 这魍环境参数豹改 变。实际上就测量准确度而言，此 类补偿 在进行线性位移（定位精度）测量，特别是量程较大时，非常重要。激光干涉仪使用技巧轴激光光路快速准直方法用激光干涉 仪进行线性测量时，无论是数字机床、还是坐标测燮枫，轴测量酵激光光路的礁童榻 对、轴准直来说，要困难的多。尤其是在轴距离较长的情况下，要保证激光光束 经反射镜反射后回到激先探测器的强度满足测量对对光强的要求，准妻激光光路往往需要很 长时间。根据作者 长期使用的 经验，按照“离处动尾部，低处动整体 ”的 调整方法，将会大大缩短漆直时

4、闻。（“尾部 ”是指激光器 电源接口边上的倾斜度调蹩旋钮和三兔 架云台上的旋 转微调控制旋锂，“整体 ”是指三。角架云龠酶平移控制旋 锂和三角架的商度 调整曲柄。）具体调整方法如下：轴置于低处，利用激光器外毙中部的瞄准槽，正对轴放置分光 镜，左右移开辅，观察激光光路，保证激光转向后大致平行于轴，左右移回轴放置线性反射镜及光靶（可以盖在反射或分光 镜上以帮助入眼瞄准及控制光路的靶），激光打在反射镜光靶上。初步调整后，围定分光 镜并在分光 镜上安装光靶，通 过 “整体 ”调 整精确瞄准光靶后，取下分光 镜光鞯，将轴升离，观察激光在反光 镜光靶上偏离程度，同 时透过“尾部 ”调整使激光 对准反光 镜

5、光靶，若在此过程中医 “尾部 ”的调整导致分光 镜遮挡了 部分激光，嬲将轴停止上升西到起始 处，重新调整 “整体 ”，再次对准反射 镜光靶。紧接着再升轴，继续调 整 “尾部 ”，观 察激光在反光 镜光靶上德离程度。重复整个 过程，往德凡次即可达封准直要求。需要注意的是 “整体 ”和 “尾部 ”不能同 时调整，一定按照 “高 处动尾部，低处动整体 ”的方法分另谖 整，否财溺整过程很容易混乱。辅助工具的 选择虽然激光干仪涉安装组件比较齐全，但在实际使瘸过程孛逐是需要另外配置一些 辕助工舆：自己研制低高度云螽支架部分机床工作台高度与地面是基本相平的，那么 测量轴器重，如果使黑激光干涉仪原装三角架及云

6、台安放激光器于地面， 则肯定会因 为三角架本身的高度，损失左右的测量范围。作者是采用自己研制低的高度云台支架，焉机床的遁蔫 紧逶装置露 紧在槐床平台上或利用藏物 紧圃 ，将云台装在上面，仍然利用手柄 锁紧，整个装置高左右则，最大程度的保魏纯：激光干涉仅使用技巧雹证轴的测量范围。选择 磁性表座磁性表座是激光干涉 仪常用的辅助工具，选择时需要注意，表座工作面上需有的螺孔以配合安装 镜组安装杆，主磁性吸面位于底面和 侧面的表座各 选择两个（实验室或工厂多采用的是主磁性吸面位于底面的表座），在 测量时，往往侧面吸的表座更利于激光干涉 仪镜组的安装。在现场使用是激光干涉 仪广泛应用的一个特点，但往往现场

7、工作条件比 较差，装夹具不一定全。作为校准测试人员，提前较好较全地选择配套辅助工具，根据现场情况，合理使用辅助工具，是顺利、高效完成测量任务的重要一 环。镜组 的灵活使用激光干仪涉配备有线性测量镜组、角度测量镜组、平面度测量组件、直线度测量组件、垂直度测量镜组、激光器准直辅助镜等等，实际使用中，有些不同功能的 镜组也可以相互 组合使用，以满足测量需要。比如角度测量镜组中的反射镜也可以替 换线性测量镜组中的反射 镜；激光器准直辅助镜的使用可以减少准直 调整的时间。同时，激光干涉仪各个测量镜组也可以在 别的测量工作中使用，常见的利用分光 镜或者光学直角器，达到改 变光路，方便测量的目的。这需要，测

8、量人员了解设备性能、掌握测量技巧，在满足测量准确度的前提下活学活用。配备专用电脑的重要性激光干仪涉常配合笔 记本电脑使用，但如果不注意 专用的问题，无论是软件冲突、抑或是电脑病毒，往往会影响到 测量和使用。作者曾经在一台大型 铣床位置准确度 检测过 程中，遇到测量中电脑无端重启，导致之前测量过程中的数据全部 丢失的情况。过后检查该电脑 ，没有发现病毒或其他问题，但确实长时间 用于激光干涉 仪测量中，会出现重启的现象。电脑专属专用，利于测量数据长期保存，方便测量人员进行数据分析、问题查找 。日常维护激光干涉仪使用中日常 维护也同样重要，要注意以下几点：（1）避免现场与仪器箱内温差 较大时，直接开

9、箱使用；（2）运输、使用中避免剧烈碰撞；（3）仪器线缆要防止碾、压，线缆接口防止 变形；（4）多尘的环境中，要注意光学镜组放尘，测量间隙较长时，注意将激光光闸关闭，防止灰尘进入激光器；（）清洗光学镜组要使用高 质量的擦拭 纸、清洗液。参考文献杨】靖岳，邵荫梅，张仁岱，周明家白准直仪机械工业 出版杜，计量测试技术手册编委计量测试技术手册第二卷中国计量出版社，阿雷克尔茨一舒杜波依斯激光器科学出版社，【】叶华声激光在精密计量的应用机械工业出版社，激光干仪涉测量系统说明书作者简介：魏纯，男，助理工程师。工作单位：广州市计量检测技术研究院。通讯地址：广州市广仁路号。收稿时问一加。（上接第页）不要用力 过

10、猛，同时不能使齿轮与齿条脱离啮合。调整好啮合间隙后将三个安装螺钉拧紧。（）修理值示误差。卡尺的示值误差在整个 测量范围内为负时的修理。见表。表单位：将主尺背面固定 齿条靠近测量面第一个螺 钉松开，裁剪一条长度宽度厚度左右的铜箔如果没有用普通打印 纸也可以。将铜箔塞到 齿条与主尺接触的 间隙中，然后拧紧固定螺 钉。注意不要让铜箔高出 齿条表面。卡尺的示 值误差在整个 测量范围内有正有 负时的修理。见表。修理方法基本同上。不同之 处是要拧松附近固定 齿条的螺钉，将铜箔塞到处齿条与主尺接触的 间隙中，然后拧紧固定螺钉 。用此方法修理 带表卡尺示 值误差效果明 显，只是在修理时要根据示 值误差的大小选

11、用不同厚度的 铜箔（或纸张）。作者简介：张军生，男，高级技师。工作单位：中国航天科工集团研究所。（湖南国防区域计量站校准实验室）。通讯地址：湖南省长沙市信箱分箱。收稿时闻：激光干涉 仪使用技巧作者：魏纯作者单位：广州市计量检测技术研究院 ,广东,广州 ,510030刊名：计量与测试技术英文刊名：METROLOGY & MEASUREMENTTECHNIQUE 年，卷(期：2007，34(10引用次数：0次参考文献 (5条1. 杨靖岳. 邵荫梅. 张仁岱. 周明家 自准直仪 19822. 计量测试技术手册编委会计量测试技术手册 19973. F T 阿雷克 . E O 舒尔茨-杜波依斯 激光器

12、19804. 叶声华激光在精密 计量的应用 19825. RENISHAW ML10 激光干涉 仪测量系统说明书相似文献 (10条1.会议论文 曹利波 利用激光干涉 仪对机床定位精度的快速 检测 2008简要介绍了双频激光干涉 仪的组成和工作原理 ,并介绍了一种快速 调整激光干涉仪准直的方法以及 检测机床定位精度 时的注意事 项。2.期刊论文 于迎红 激光干涉 仪线性光束准直的快速 调整方法 -计量技术2006(9本文介绍了在生产现场激光干涉 仪光束准直的快速 调整方法 ,掌握技巧可提高工作效率 .3.学位论文 成相印 激光准直 测量中几个基 础性问题的研究 1994该文综述了当前激光准直 测

13、量方法 ,通过比较分析 ,认为下面三个 问题带 有一定普遍性 ,值得仔细研究 :1激光的 稳频 ;2光学、光路的自适 应 ;3结构分析 .该文提出了一种用双频激光干涉 仪测量直线度的新方法 .从激光头出射的激光 ,通过第一个渥拉斯屯棱镜变成两束 夹一小角度的光束 ,再通过第二个渥拉斯屯棱 镜变成两束平行光 ,经直角体反射回激光 头,通过对测量光束和参考光束比相 ,就可获得直线度偏差 .4.学位论文 陈庆 基于信号 调制的二维微小角度 传感器的设计 2007角度测量在现代企业的质量保证体系中具有非常重要的地位，也是几何量 计量技术的重要组成部分。随着纳米测试技术的进一步发展，高精度、高分辨率小角

14、度 测量方法的研究成 为此领域研究的一 项重要内容。现阶段由于运用了各种先 进的测量手段和仪器，使得测量准确度和精度达到了很高的水平。但是， 传统的小角度 测量仪器如激光干涉 仪，光电自准直仪等，由于具有体积大、系统复杂、造价昂贵、对测量环境要求高、较难组成多维测角系统等特点而很 难用于工业高精度在 线测量。 本课题就是在这样的背景下提出来的。 为了解决上述 问题，本课题基于光学内反射 效应，设计并试制了一种新型二 维微小角度 传感器，实现二维角度的测量，为下一步 设计组建小型化多自由度位移 检测系统，实现对精密加工机床或坐 标测量机的运 动 姿态及误差的测量奠定基 础。本系统采用基于 MSP

15、430高性能单片机检测电路进行 数据处理，提高系统的响应速度；使用光源调制方法，提高信号的 测量精度。 以下是本 论文的主要研究内容：1.论述了本文研究的目的和意 义，查阅了大量的国内外有关技 术资料，综合评述了微小角度 测量技术的现状和发展趋势。2.从理论上系统的分析了基于光学内反射效应测角法的原理。3.设计制作了一种可 调制半导体激光器，包括准直系 统和调制驱动电路。4.设计制作了基于 单片机系统的处理电路，对其技术性能、工作特性进行了实验研究。5.提出该传感器的评价方法，对影响检测准确度的 误差因素进行了比较系统地分析 。5.期刊论文 高媛. 郭丽莎 激光干涉 仪测角系统的精度补偿方法

16、- 计量技术 2003(1提出一种新的准直方法 ,对 HP5528A激光干涉 仪测角实现了精密计量.6.期刊论文 黄天喜 . 严祯 . 曾韬. HUANG Tian-xi. YAN Zhen. ZENG Tao 几种测量机床导轨直线度误差的方法 -机械工程与自 动化 2008(2介绍了3种测量机床导轨直线度的方法 ,阐述了其基本原理 ,并对其进行了分析和比较.7.期刊论文 张立新 . 黄玉美 . 王峰 . ZHANG Li-xin. HUANG Yu-mei. WANG Feng 干涉测量的误差分析与并 联机床的准确度 测量 -光子学报2008,37(6对雷尼绍激光干涉 仪的线性测量原理 进行

17、了详细探讨,分析了干涉 仪在线性测量中的主要影响因素和 误差诱因; 作出了 线性测量的准直 误差特性曲 线和阿贝误差特性曲面 ,并利用最小二乘法 拟合得到了干涉 仪准直测量误差的数学模型和沿 u、v方向离散的阿 贝误差特性曲 线方程 ; 给出了一种建立 误差数学模型的方法采用激光干涉仪检测 了并联数控机床直 线轴的运动准确度 ,并提出了一种适合于并 联机床直 线轴定位准确度 测量的干涉 测量方法 .8.学位论文 严琴 落体法等效原理 实验检验 中的激光干涉 测量系统 2002等效原理是物理学的基本假 设之一 .它最基本的表述是在局域 惯性系中 ,作用在物体上的引力和 惯性力是无法通 过实验 加

18、以区分的 .人们已经采用了 许多种方法来检验这 一原理 .不过所有已完成和正在 进行的等效原理 实验都是检验 非旋转物体的等效性 .张元仲等人首次提出 检验宏观旋转物体的等效性 .分析表明可以通 过测量旋转物体在自由下落 过程中受到的加速度差来 检验旋转物体的等效性 .该文对激光干涉等效原理 实验中光学测量系统的调试工作进行了介 绍,如准直系 统、干涉系统和角度校准系 统的调节等等 ;对光学测量系统引进的系统误差进行分析和 计算主要包括高斯光束引入的 误差,光线与测线不平行引入的 误差 .结果表明 ,该实验中光学系 统所带来的相对误差为 g/g10量级 .实验结 果表明宏 观旋转物体的等效性在 10 的相对精度上是成立的 .9.学位论文 程吉水 工件台激光干涉 仪测量误差模型研究 2008多自由度精密运 动台是集成 电路设备、精密加工机床等的关 键部件，具有速度大、精度高的特性，其运动精度直接影响整机的性能，因此多自由度精密运 动台的高速高精运 动控制十分关 键。实现多自由度精密运