双频激光干涉仪测量.docx

激光干涉仪测长原理
典型的激光干涉仪由激光器L、偏振分光镜PBS、测量反射镜M、参考反射镜R、光电检测器D、检偏器P和三个λ/4波片Q1、Q2和Q3组成。激光为线偏振光，经偏振分光镜分为E1和E2两线偏振光。当两干涉臂中λ/4波片快轴(或慢轴)与X轴夹角相等且为45度时，两束光通过λ/4波片后均成为圆偏振光，反射后再次通过λ/4波片，又转换为线偏振光，但其振动方向相对原振动方向旋转了90度，且由于两干涉臂光程产生了相位差φ，根据公式：
φ=2θ=φ=4πL/λ
式中：λ为激光波长，干涉光路的作用是把位移L转变为合成光振动方向的旋转角θ，进而转换成光电信号的相位φ，信号处理器的作用就是测量出φ，从而计算出位移L。

垂直度的测量工具在一台机器

施工实例：多轴系统

双频激光干涉仪的工作原理
双频激光干涉仪其双频激光测量系统由氦氖双频遥置激光干涉仪和电子实时分解系统所组成。它具有以下优点：稳定性好，抗干扰能力强，可在较快的位移速度下测量较大的距离，使用范围广，使用方便，测量精度高。
基本原理：如图11-2所示，激光双频干涉仪的氦氖激光管，在外加直流轴向磁场的作用下，产生塞曼效应，将激光分成频率为f1和f2，旋向相反的两圆偏振光，经λ/4波片变为线偏振光。调整λ/4玻片的旋转角度，使fl和f2的振动平面相
互垂直，以
互垂直，
以作激光干涉

图11-2双频激光干涉仪的工作原理图
1.激光管2.λ/4波片3.参考分光镜4.偏振分光棱境5.基准锥体棱镜6.移动测量棱体.检偏振镜8.9.11.光电管13.光电调制器
仪的光源。当两个线偏振光经过参考分光镜3时(见图11-2)，大部分则由偏振分光棱境4分成两束。偏振面垂直入射面的f2全反射到与分光镜固定在一起的基准锥体棱镜上；偏振面在入射面内的fl则全部通过而射到移动测量棱体6上。由这两个锥体棱镜反射回来的光束在偏振分光镜上合并，并在检偏振镜上混频。当移动锥体棱镜时，由于多普勒效应，f1变成f1+△f，因而光电元件8所得到的信号是(f1+△f)-f2。在可逆计数器中与参考信号(f1-f2)相减，棱镜每移动半个波长，光程变化是整个波长。测得的位移是l=λ/2×N，经计算机处理，所测得的位移值可在计算机显示器上读出。位移量测量原理如图11-3所示。

图11-3位移量测量原理图
四、实验内容及步骤
1．使机床各轴回参考点
2．按图所示摆放仪器。

图11-4激光干涉仪的使用示意图
3．决定反射镜（Linearretroreflector）安放位置，并固定在机床上。
4．选择透射镜（Interferometer）安放位置，使反射镜和透射镜保持在同一高度。
5．调整激光头使其与反射镜及透射镜保持在同一直线和同一高度。
6．接通激光头的电源，预热5分钟后，调整光路使反射光几乎全部进入激光头的入口。
7．移动机床，使其移动一个步距（从机械原点即零点计算起），按下〖RECORD〗键，从而记录机床实际移动数值及其移动误差。如X轴方向的位移测量示意图5。

图11-5位移测量示意图
8．每隔一个步距移动一次机床，按下〖RECORD〗键，重复该步五次。
在测量数控机床的位置精度时，测量移动的步距（两个测量点的距离）要根据数控机床系统参数来定，加工中心（VMC-850FANUC系统）参数中定义的步距为30mm。
根据对坐标轴X、Y、Z三个方向位移测量记录下来的数据：单向和反向测量的数据，绘制误差曲线图（横坐标为测量点的位置长度mm，纵坐标为步距的误差µm）。
数控机床工作轴移动的尺寸填入下表：
（1）实际测量工作台上给定点Pi沿X运动轴单向的运动定位误差(i=0,l,2,3,4,5)曲线图
数控机床工作移动的尺寸填入下表：负向移动
位置起点坐标P0P1P2P3P4P5位移尺寸（mm）激光测量尺寸（mm）误差值（um）
µm
0
0306090120150（mm）
根据五个测量点的误差，计算平均误差，输入到数控机床参数的单向间隙补偿中。
（2）实际测量工作台上给定点Pi沿X运动轴反向的运动定位误差(i=0,l,2,3,4,5)曲线图
数控机床工作移动的尺寸填入下表：正向移动
位置起点坐标P0P1P2P3P4P5位移尺寸（mm）激光测量尺寸（mm）误差值（um）
µm
0
0306090120150（mm）
根据五个测量点的误差，计算平均误差，输入到数控机床参数的反向间隙补偿中。
（3）实际测量工作台上给定点Pj沿Y运动轴单向的运动定位误差（j=0,l,2,3,4,5)曲线图
数控机床工作移动的尺寸填入下表：负向移动
位置起点坐标P0P1P2P3P4P5位移尺寸（mm）激光测量尺寸（mm）误差值（um）
µm
0
0306090120150（mm）
根据五个测量点的误差，计算平均误差，输入到数控机床参数的