激光干涉仪使用技巧讲解

1、f静堂鸯溅斌技术）2 0 0 7亭第弘誊第O麓 激光干涉仪使用技巧PreciseG口 洫toVsineaLaserInterferometer魏纯（广州市计最检测技术研究院，广东广州5 1 0 0 3 0 ）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1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RENISHAW公闭生产的ML1 0激光干涉仪，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

2、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。2原理介绍ML10激光干涉仪是根据光学千涉基本原理设计磊成酌。从ML10激光器 射出的激光束有单一频率，其标称波长隽0 .6 3 3 pLI n,且其长期波长稳定 健（真空状态）要高于0 .lppm。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

3、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。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。3激光干涉仪使用技巧3.1Z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，z轴测量酵激光光路的礁童榻对X、Y轴准直来说，要 困难的多。尤其是在z轴距离较长的情况下，要保证激光光束经反射

4、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 大大缩短漆直时闻。（尾部”是指ML1 0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：z轴置于低处，利用ML1 0激光器外毙中部的瞄准槽，正对z轴放置分光镜，左右移开Z辅，观察激光光 路，保证激光转向后大致平行于z轴，左右移回z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

5、，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z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Z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z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。3.2辅助工具的选择虽然ML1 0激光干涉仪安装组件比较齐全，但在实际使瘸过程孛逐是需要另

6、 外配置一些辕助工舆：3.2.1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Z轴器重，如果使黑激光 干涉仪原装三角架及云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lm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3 0 cm左右，则最大程度 的保魏纯：激光干涉仅使用技巧雹证z轴的测量范围。3.2.2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 M8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

7、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。3.3镜组的灵活使用ML1 0激光干涉仪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

8、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。3.4配备专用电脑的重要性ML1 0激光干涉仪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铳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

9、据长期保存，方便测量人员进行数据分析、问题查 找。3.5日常维护MLIO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；(5) 清洗光学镜组要使用高质量的擦拭纸、清洗液。参考文献1】杨靖岳，邵荫梅，张仁岱，周明家白准直仪机械工业出版杜，19 8 2.2 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，1 9 9 7.3 F.T .阿雷克E.O.舒尔茨一

10、杜波依斯.激光器.科学出版社，1 9 8 0.【4】叶声华.激光在精密计量的应用.机械工业出版社，1 9 8 2.5RENISHAWML10激光干涉仪测量系统说明书.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：5 1 0 0 3 0广州市广仁路11号。收稿时问/ 2 0 0 7 0 6加O(上接第3 7页)不要用力过猛，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。(7)修理示值误差。卡尺的示值误差在整个测量范围内为负时的修理。见表1表1单位：mill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1 Omm宽度3mm厚度0 .0

11、6mm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2。修理方法基本同上。不同之处是要拧松8 1.6mm附近固定齿条的螺钉，将铜箔塞到8 1.6mm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7 8 0 1研究所。（湖南国防区域计量站4102校准实验室）。通讯地址：41020 50529激光干涉仪使用技巧湖南

12、省长沙市5 8 5信箱3分箱。收稿时闻：2 0 0 7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 术英文干刊名：METROLOGY & MEASUREMENT TECHNIQUE 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

13、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

14、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

15、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MSP430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

16、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-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

17、，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. WANGFeng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

18、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动台的高精度运