激光干涉仪原理介绍.ppt

1、Slide 1,9/10/2020,激光干涉仪原理介绍,Slide 2,9/10/2020,基本概念 激光干涉仪,什么是激光干涉仪： 利用激光作为长度基准，对数控设备(加工中心、三座标测量机等）的位置精度（定位精度、重复定位精度等）、几何精度（俯仰扭摆角度、直线度、垂直度等）进行精密测量的精密测量仪器。,Slide 3,9/10/2020,基本概念机床精度的21项误差,For Linear measurement (3): xdx ydy zdz For Angular measurement (9): Ax Bx Cx Ay By Cy Az Bz Cz For Straightness m

2、easurement (6): xdy xdz ydx ydz zdx zdy For Squareness measurement (3) XZ, XY, YZ,Slide 4,9/10/2020,激光输出可视为一束正弦波.雷尼绍XL-80所用的激光的波长是633nm. 激光具有三个重要特性： 激光波长非常稳定，可以精密测量测量的要求。 激光波长非常短，可以用于高精度测量。 激光具有干涉特性。,基本概念 激光及其特点,Slide 5,9/10/2020,基本概念 激光的产生,Slide 6,9/10/2020,基本概念 激光的干涉特性,Slide 7,9/10/2020,线性测量原理,安装方

3、式：,Slide 8,9/10/2020,线性测量光路图,移动反射镜,固定反射镜和分光镜,Slide 9,9/10/2020,激光头 从激光头发出的激光被分光镜（A)分为2束光。 一束光经过固定的反射镜形成参考光. 另一束激光经过移动的反射镜 (C) 形成测量光. 反射光和测量光经过分光镜后汇合，并且彼此干涉.,线性测量原理,Slide 10,9/10/2020,线性测量原理,如果相位相反，则光波会相互抵消，表现为暗条纹。,如果两束光相位相同，则光波会叠加增强，表现为亮条纹。,相长干涉,相消干涉,参考光：固定不动,测量光：随着反射镜的移动而移动,Slide 11,9/10/2020,线性测量原

4、理,激光干涉仪通过接收到的激光的明暗条纹变化，再通过电子细分，从而知道距离的细微和准确变化。,Slide 12,9/10/2020,线性测量,Slide 13,9/10/2020,ISO 230-2 (1997)-International ASME B5.54-U.S.A. BS 3800-U.K. JIS B6330-Japan GB 10931-89-China VDI 3441-Germany E60-099-France,激光干涉仪测量与国际标准,Slide 14,9/10/2020,角度测量,安装方式,Slide 15,9/10/2020,角度测量,固定干涉镜,移动反射镜,Slid

5、e 16,9/10/2020,角度测量,激光头,固定干涉镜,移动反射镜,Slide 17,9/10/2020,角度测量,Slide 18,9/10/2020,直线度测量,Slide 19,9/10/2020,直线度测量,Slide 20,9/10/2020,直线度测量,激光头,Wollaston 棱镜,光线 1,光线 2,直线度反射镜,Slide 21,9/10/2020,直线度测量,激光头,直线度反射镜,Wollaston 棱镜,光线 1 (加长),光线 2 (缩短),移动方向,Slide 22,9/10/2020,直线度测量,The easiest way to understand ho

6、w the system detects straightness deviations is to imagine what happens to the relative path lengths of Beam 1 and Beam 2 if the straightness reflector moves sideways As the reflector is moved upwards, Beam path 1 gets longer and Beam path 2 gets shorter This change in the relative path lengths caus

7、es a change in the interference signal intensity as the interference cycles between constructive and destructive interference. The detection unit detects these changes and converts them to a reading that is proportional to the change in relative path length. This is then multiplied by the appropriat

8、e factor to give the amount of sideways motion of the reflector. Straightness reading Change in path length 2 x Sin ( / 2 ),Slide 23,9/10/2020,垂直度测量,Slide 24,9/10/2020,垂直度测量,分别测量2个轴的直线度，然后将两者进行运算，得出垂直度,Step 1:,Step 2:,Slide 25,9/10/2020,平面度测量,Slide 26,9/10/2020,平面度测量,-网格法,对角线法,平面度测量方法,测量原理,Slide 27,

9、9/10/2020,回转轴测量 - RX10,Range,Unlimited,Accuracy,1 arc sec,Resolution,0.2 arc sec,Max velocity,30rpm (step 10deg),2rpm (step 10deg),Remark,Operating temperature:,0 to 40 degC,Slide 28,9/10/2020,回转轴测量 - RX10,Slide 29,9/10/2020,为什麼需要补偿？,激光波长是高测量精度的基础。 然而.激光的波长会受到空气折射率的影响。,空气折射率又受到大气压、温度和湿度的影响。 虽然空气折射率对

10、激光波长的影响不大，但是在高精度测量的情况下，补偿是非常必要的。,Slide 30,9/10/2020,环境补偿单元,Renishaw XC80环境补偿单元的高性能可以保证在0-40度环境温度范围内，和650-1150 mbar的环境大气压范围内得到最高的测量精度。,空气压力 Accuracy: 1.0 mbar,湿度 Accuracy: 6%,空气温度 Accuracy: 0.2 C,材料温度 Accuracy: 0.1 C,Slide 31,9/10/2020,监控4个参数: 空气温度 空气压力 波长补偿 相对湿度 / 材料温度 - 材料补偿,环境补偿单元,Slide 32,9/10/2020,如果没有补偿会产生哪些误差?,- 如下的变化会带来1ppm的变化: 空气温度 1 degree Celsius 空气压力 3.3 mbar 相对湿度 (at 20 degree Celsius) 50% 相对湿度 (at 40 degree Celsius) 30%,Slide 33,9/10/2020,材料温度补偿 在没有温控的环境下，最大的一个误差来源于机床的膨胀和收缩。 标准长度的控制温度是 20C, 所以需要一个修正，即： 热膨胀补偿，或标准化。 例如: 钢的热