激光干涉仪测量测长机示值误差时阿贝误差的影响

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大影响激光干涉仪测量精度的因素HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】6大激光干涉仪影响因素，提高数控机床检测准确度全靠它了！激光干涉仪是精度最高的线性位移测量仪器，其光波可以直接对米进行定义，可溯源至国家标准，通过与不同的光学组件结合，可以实现对各类机床的线性、角度、平面度、直线度（平行度）、垂直度、回转轴等参数的精密测量，并能对设备进行速度、加速度、频率-振幅、时间-位移等动态性能分析，在相关软件的配合下，可自动生成误差补偿方案，为设备误差修正提供依据。

但是我们在使用中往往会出现检测偏离值，偏离我们的预估，以至于在高精度检测时，对设备产生怀疑。

今天我们来扒一扒引起激光干涉仪测量误差的部分原因。

因测量光学镜组的安装高度不在被测设备的运动轴上引起的测量误差称之为阿贝误差。

产生的原因是设备移动时存在俯仰、扭摆差，因此光学镜组与运动轴偏置距离越远，引起的阿贝误差越大。

角度、偏置距离引起的误差表（单位：um）上表可得：角度1″在500mm偏置距离下引起的误差大约是2.40um。

来个实际案例：以检测机床时不同安装高度为具体说明。

线性镜组安装距工作台10cm：线性镜组安装距工作台30cm线性镜组安装距工作台50cm实验结果：按GB/T17421.2《机床检验通则》2000版分析标准得出结果，镜组安装高度偏离设备运动轴线越远，检测结果中重复精度以及定位精度就越差。

正确方式：设备校准时线性镜组的安装高度应该尽量靠近被测轴，使激光光束与运动轴重合（或尽量靠近），减小阿贝误差。

扩展：SJ6000激光干涉仪用户在进行两台同类设备定位精度的对比时，应该进行同轴比对，即共用线性镜组，这样才具有可比性。

环境补偿单元能准确采集空气温度、压力、相对湿度信息，基于Edlen公式计算空气折射率，以此对激光波长进行补偿。

1000mm示值因环境温度、压力、空气湿度各自变化引起的示值变化量（单位：um）同时环境补偿单元中材料温度探头能实时高精度测量被测设备温度，对其进行温度补偿。

浅析阿贝误差对激光干涉仪测量测长机示值误差时的影响

浅析阿贝误差对激光干涉仪测量测长机示值误差时的影响王典泽【摘要】随着科技的不断发展，精密仪器的测量工具也在不断的发展，测量误差的不断减小是保证测量准确度提高的重要条件。

测长机是用于测量大尺寸量块以及多种工件的光学长度测量工具，但是测长机在测量时，由于测量的轨道直线度不好，将会产生较大的阿贝误差。

激光干涉仪是以激光波长为已知长度，利用迈克耳逊干涉系统测量位移的通用长度测量系统，其特点就是可以实现非接触测量，配合各种折射镜、反射镜等来作线性位置、速度、角度、真平度、真直度、平行度和垂直度等测量工作。

本文主要是分析阿贝误差是如何影响激光干涉仪测量测长机时的示值误差。

【期刊名称】《中国设备工程》【年(卷),期】2016(000)013【总页数】2页(P73-74)【关键词】激光干涉仪;测长机;阿贝误差【作者】王典泽【作者单位】山西省计量科学研究院，山西太原 030002【正文语种】中文【中图分类】TH744.3不符合阿贝原则的测量仪器就是在测量时导轨直线度会产生比较大的阿贝误差。

其中测长机按照其结构来看就属于不符合阿贝原则的仪器，但可以通过特殊的光学系统补偿阿贝误差，这样测量结果将不受影响。

激光干涉仪是现代科学技术发展下研究出来的仪器，利用激光干涉仪的特点就是可以通过激光不用接触测量物本身而实现测量。

利用激光干涉仪来测量测长机测量的误差值，其中对于阿贝误差的影响值得研究和探讨。

能够影响仪器测量准确度因素有很多，其中就包括几何误差、动态误差和热变形误差等。

这些外界影响导致的误差中几何误差的影响度是最大的。

在对于一些精密仪器的精确度的提高上，仅仅是依靠制造仪器的本身来实现也是十分困难的，例如测长机示值误差的存在，如何补偿这种误差的出现也是值得我们思考的问题。

激光干涉仪的主要特点就是利用激光不用接触测量物就能测量出数值，而且精确度非常高，能够连续的测量，对于一些工程量大的测量任务，激光干涉仪也能很好的测量。

要对测长机的示值误差进行有效的补偿，了解测长机的误差示值是非常重要的。

大长度激光测量中阿贝误差消除方法的研究

大长度激光测量中阿贝误差消除方法的研究缪东晶;李建双;李连福;赫明钊;邓向瑞;蒋远林;康瑶;张京燕【摘要】提出一种基于3路独立激光干涉仪消除大长度激光测量中的阿贝误差的方法,3路干涉仪的安装位置可布置成任意三角形.通过3路干涉仪的测量结果及被测仪器与3路干涉仪安装位置的几何关系,构造一路与被测仪器同光路的虚拟干涉仪,推导虚拟干涉仪的测长公式.该算法对干涉仪的安装位置无特殊要求,在实践中易于实现.为验证算法的有效性,依托于室内80 m大长度标准装置,通过改变被测仪器安装位置,在45 m范围内进行了3组不同的验证实验.实验结果显示消除阿贝误差后,残余的其它误差的最大值仅为1.10 μm,该算法可有效地消除阿贝误差.【期刊名称】《计量学报》【年(卷),期】2015(036)006【总页数】5页(P570-574)【关键词】计量学;大长度;阿贝误差;激光干涉仪【作者】缪东晶;李建双;李连福;赫明钊;邓向瑞;蒋远林;康瑶;张京燕【作者单位】中国计量科学研究院,北京100029;中国计量科学研究院,北京100029;中国计量科学研究院,北京100029;中国计量科学研究院,北京100029;中国计量科学研究院,北京100029;中国计量科学研究院,北京100029;中国计量科学研究院,北京100029;中国计量科学研究院,北京100029【正文语种】中文【中图分类】TB921国内外计量机构已建立了多套大长度计量标准装置。

英国国家物理实验室（NPL）早在1908年就建立了50 m的比长仪，并于上世纪70年代引入激光干涉仪用于卷尺的校准［1］；美国国家标准与技术研究院（NIST）、日本国家计量研究院（NMIJ）和德国联邦物理技术研究院（PTB）分别建立了60 m、100 m和50 m 的大长度计量标准装置。

中国计量科学研究院和北京长城计量测试技术研究所陆续建立了27 m动态校准装置和35 m的高精度水平测长系统［2］。

激光干涉仪的使用中常见问题解析

激光干涉仪的使用中常见问题解析激光干涉仪是一种常用的精密测量仪器，广泛应用于科研、工程和制造等领域。

但在使用过程中，常常会遇到一些问题。

本文将针对激光干涉仪的使用中常见的问题进行解析，帮助读者更好地使用这一仪器。

一、激光干涉仪显示模糊的解决办法有些时候，在使用激光干涉仪时，仪器的显示可能会模糊不清。

这很有可能是因为激光器光路不稳定造成的。

解决方法有两种，第一种是调节光源，确保稳定和强烈的激光输出。

第二种方法是检查光路，排除光路中可能存在的干扰源，如灰尘、杂散光等。

二、干涉图案不稳定的解决方案另一个常见问题是干涉图案的不稳定性。

这可能是由于环境的震动和干扰造成的。

为解决这一问题，有几种有效的方法。

首先，将激光干涉仪放置在较为稳定的环境中，远离震动源，如机械设备。

其次，可以采用隔振台来减小仪器的震动。

最后，注意调整仪器的参数和位置，确保其可以获得稳定且清晰的干涉图案。

三、激光干涉仪的校准问题使用激光干涉仪测量时，有时会发现仪器的数据与实际测量值存在偏差。

这很可能是由于激光仪器的校准问题导致的。

所以，在使用激光干涉仪之前，一定要进行校准。

校准的方法包括调整干涉仪的零点偏差以及校正仪器的非线性误差等。

只有进行了正确和精确的校准，才能获得可靠和准确的测量结果。

四、干涉仪的呈现方式选择激光干涉仪的干涉图案有多种不同的呈现方式，如横条纹、点状图案等。

选择合适的呈现方式可以使得读取和解析干涉图案更为便利。

在实际应用中，需要根据具体测量的要求和需要，选择合适的干涉图案呈现方式，并通过仪器自带的软件进行调节和设置。

五、激光干涉仪使用中的安全注意事项在使用激光干涉仪时，安全是至关重要的。

首先，要注意避免激光直接照射眼睛，以免对眼睛造成伤害。

同时，要避免触摸激光器和激光器光路等部件，以免引发意外伤害。

此外，还应注意防护设备的使用，如佩戴适当的防护眼镜和手套，以确保人身安全。

总之，激光干涉仪在科研和工程领域中扮演着重要的角色。

双频激光干涉仪系统线性测量误差主要来源及减小误差的方法分析_徐建

表2
角度
( 弧秒) 1 2 5 10 20 60 120
5 01 024 01 048 01 120 01 240 01 480 11 450 21 900
10 01 048 01 097 01 240 01 480 01 970 21 900 51 800
偏置距离( mm) 50
01 24 01 48 11 20 21 40 41 80 141 50 291 00
5计量与测试技术6 2013 年第 40 卷第 8 期
组的安装往往使激光光束方向与测量轴线存在一定的偏置量, 导致被测轴向较小的角度误差( 如俯仰或扭摆) 就会带来较大的阿贝误差, 如图 2 所示。阿贝误差参考数值如表 2 所示( 单位微米) 。
激光的波长补偿是在读数清零后位移发生变化的区段进行, 如果在读数清零前, 光学镜的位置不靠近, 这段距离将无法得到波长补偿, 形成空气死程误差。
1 引言双频激光干涉仪 ( 以下简称干涉仪) 利用光波干涉
原理进行线性位移测量, 由于其具有测量精度高、应用范围广、环境适应力强、实时动态测速高等优点而广泛应用于机床、坐标测量机、测长机等仪器设备的校准。通常情况下, 应用双频激光干涉仪系统进行线性测量的精度可达 ? 015 ppm, 但影响其测量精度的因素很多, 本文就如何在日常使用中提高双频激光干涉仪系统的测量精度进行分析研究。 2 误差来源及其影响程度 211 空气环境误差
干涉仪系统测量误差的影响因素很多, 但只要正确的使用仪器, 合理进行误差补偿, 就能有效减小系统误差, 大大提高测量精度, 从而达到我们使用的要求。同时, 往往误差的影响因素是复杂多变的, 这就需要我们从大局出发, 权衡各因素的影响程度, 以保证误差影响的最小化。

干涉式测向方法的误差的产生分析及消除

⼲涉式测向⽅法的误差的产⽣分析及消除2019-04-26摘要：⼲涉式测向⽅法简介，从测向原理、造成误差的原因多⽅⾯进⾏了深⼊剖析，对于⼲涉式测向产⽣的误差问题，采⽤天线转换连接、增加校正参数的⽅法，验证后获得较好的结果，能够在⼯程实现上解决测向存在的误差。

关键词：⼲涉式测向；伪距测量；基线测量；误差消除⼲涉式测向作为⼀种精确的⽆线电测向⽅法，⼴泛应⽤在军事、科研领域。

利⽤统⼀发射源发射信号，到接收终端统⼀天线阵中两根接收天线的时间差，和这两根天线之间的间距，通过三⾓公式求解，进⽽得到相对⾓，实现相对定位。

1 ⼲涉式测向原理⼲涉式测向原理图如图1所⽰，设两天线的间距为d，以天线连线⽅向为⽅位基准。

当被测⽬标发射源远离测向系统时（天线R0远⼤于d），及发射源到两个测向天线传播⽅向近似于平⾏，两个测向天线接收的⽬标回波路径差ΔR与⽅向⾓θ、基线长度d的关系为ΔR=R2—R1=d sin θ（1）sin θ=■θ=arcsin■式中：ΔR—⽬标回波分别到达两天线的距离差；R2—⽬标到测向天线2的距离；R1—⽬标到测向天线1的距离。

则θ值可以得出，θ即为两根测向天线连线垂线与⽬标点之间夹⾓。

⼲涉式测向原理是依靠测量⽬标到两测向天线的路径差ΔR，达到测量⽬标⽅向⾓的⽬的。

2 ⼲涉式测向的误差分析⼲涉式测向根据原理分析可能引起测向误差的原因有如下⼏点：（1）伪距测量误差⼲涉式测向的根本在于准确测量⽬标点到两根测向天线的路径差ΔR，及准确测量两根天线接收到的⽬标点发射信号的时间差Δt，根据下式：ΔR=cΔt（c为⽆线电波在空⽓中的传播速度，近似为3×105 km/s）；在接收机中以测向天线1所接收到的信号时刻t1计算，接收机时钟在t时刻产⽣⼀个相同的编码测距信号，这个复现的码在时间上移动，⼀直到与测向天线2收到的测距码产⽣相关为⽌，则两根测向天线接收到的测距码和接收机产⽣的复现码相关过程的时间差即为Δt。

激光干涉仪在校准测长机示值误差中的应用

激光干涉仪在校准测长机示值误差中的应用摘要:本文主要对激光干涉仪在校准测长机示值误差的校准方法进行研究分析，介绍了校准中干涉仪的安装及测量原理，通过分析得出在校准中热膨胀系数及阿贝误差容易产生较大的误差，并说明怎样减少该误差。

关键词: 示值误差；热膨胀系数；阿贝误差1、概述测长机是根据艾伯斯坦（Eppensttin）原理设计的一种精密型测长类仪器，可以直接测量精密量具，也可借助标准量块以比较法检定低一等的量块或测量精密零件。

JJF1066-2000《测长机校准规范》6.7.3条中规定，对分米刻度尺示值误差的校准列出了三种方法，分别是直接校准、分段校准、激光干涉仪校准。

采用量块校准因受环境因素影响较大，所以校准条件要求较高，且大于1m的测长机需要分段校准，效率很低，而使用激光干涉仪进行校准，不仅可以提高校准效率，而且可通过环境补偿单元对空气温度、湿度、压力和材料温度进行补偿，提高校准的精度。

虽然使用激光干涉仪校准测长机具有许多优点，但经过长期实践，从中也发现了一些容易引起校准误差的问题，下面就将仪器的选择、校准方法及怎样提高校准精度进行介绍。

2、激光干涉仪的选择激光干涉仪具有精度高、稳定性好的特性,可用于多种几何量参数的测量,根据测量原理分为单频和双频，双频激光干涉仪相比较具有更高的稳定性及测量精度，量值传递如有条件尽量选择双频干涉，但随着测量技术的发展，单频干涉技术也越来越成熟，测量的准确度也越来越高，如Renishaw的XL80激光干涉仪在1m的测量精度已经达到了0.5µm，已经完全能满足一般测长机量值溯源的要求，选择原则为激光干涉仪的最大误差优于测长机允许误差的1/4。

3、激光干涉仪校准示值误差的方法采用激光干涉仪可以用直接法对各校准点进行校准，激光头、干涉镜、反射镜的摆放位置可参考下图实际测量中也可以将激光头摆放在头座方向，或摆放在测长机正面通过干涉镜将光线改变90度平行于导轨后进行测量，具体摆放应根据空间情况确定。

激光干涉测量中的误差分析与补偿

式中 : c为光速 , v 为测量反射镜移动速度 , f1 为光频。上式对时间积分可得到反射镜移动的距离 L : t t λ1 t Δfc Δf d t L = vd t = dt =
0
∫ ∫ 4f
0 1
4
0
∫
式中 : λ1 为测量时刻激光的波长。因为频差的时间积分为累积的干涉条纹个数 N (或与被测长度相对应的脉冲数 ) , 所以上式可以化为: λ1
《机床与液压》 20061No19
・1 8 1 ・
激光干涉测量中的误差分析与补偿
刘君 , 穆海华 , 孙业业 , 周云飞
(华中科技大学 , 武汉 430074 )
摘要 : 介绍了双频激光干涉仪的测量原理 , 从安装和测量等方面深入分析了激光干涉测量所固有的系统误差、阿贝误差及余弦误差、环境误差及延时误差 , 讨论了各种误差对测量结果的影响 , 并给出了相应的误差补偿方法。关键词 : 激光干涉测量 ; 误差分析 ; 误差补偿中图分类号 : TH741 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 - 3881 (2006) 9 - 181 - 4
Error Ana lysis and Com pen sa tion in La ser In terferom etry
LI U Jun, MU Haihua, SUN Yeye, ZHOU Yunfei ( Engineering Research Center of Num erical Control System , Huazhong University of Science and Technology, W uhan 430074, China )
1, 2, …, N - 1 ) , 由此即可进行曲线上任意点误差

激光干涉仪测量测长机示值误差时阿贝误差的影响

ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｈｉｎａｊｌ．ｃｏｍ．ｃｎ不符合阿贝原则的仪器，测量时导轨直线度将产生较大的阿贝误差。

测长机按其结构是不符合阿贝原则的，但其具有特殊的光学系统可以补偿所产生的阿贝误差，使之不对测量结果产生影响。

测长机测量时，其导轨直线度使得尾座移动时产生摆动，设其垂直方向摆动角为α，测长机标尺面至测量轴心线距离为Ｌ，则产生的阿贝误差ｅ１为：ｅ１＝Ｌ·ｓｉｎα测长机尾座与测量座各有一个焦距（ｆ′）完全相等的物镜，使尾座摆动α角时，分米标尺像经过两物镜后，也摆动α角聚焦在毫米刻度面上，其摆动量ｅ２为：ｅ２＝ｆ′ｔａｎα这样，阿贝误差就为：ｅ１－ｅ２＝Ｌ·ｓｉｎα－ｆ′ｔａｎα当α很小时，ｓｉｎα＝ｔａｎα＝φ（φ为弧度值）ｅ１－ｅ２＝（Ｌ－ｆ＇）φ测长机设计制造时，使Ｌ＝ｆ′，这样，在测长机测量中心线上阿贝误差为零；而在偏离测量轴线的方向上，阿贝误差不为零；偏离量ΔＬ越大，则导轨直线度产生的阿贝误差就越大。

偏离测长机测量中心线位置的阿贝误差可按下式计算：ｅ＝ΔＬ·ｔａｎα＝ΔＬ·φ式中：ｅ———偏离测长机测量中心线产生的阿贝误差；ΔＬ———激光干涉仪测量轴线与测长机测量中心线的偏离距离；φ———以弧度表示的测长机导轨直线度（角摆）。

测长机示值误差可以用量块测量，也可以用激光干涉仪测量。

用量块测量时，其测量轴线与测长机的测量中心线一致，故不存在阿贝误差；用激光干涉仪（特别是单频激光干涉仪）测量时，由于安装定位的原因，其测量轴线往往偏离测长机的测量中心线。

测长机直线度最大允许误差为１０″，据此估算阿贝误差为：ｅ＝ΔＬ·φ＝０．００００４８５·ΔＬ若控制激光干涉仪测量轴线偏离测长机中心线的距离不大于１０ｍｍ，则ｅ＝ΔＬ·φ＝０．５μｍ为了保证测量的准确度，阿贝误差应不大于测长机分米示值最大允许误差的１／３。

测长机分米示值最大允许误差为Δ＝（０．５＋ｌ／１００）μｍ（ｌ为测量长度，单位：ｍｍ），该值随测量长度的增加而线性增大。

激光干涉仪测量误差因素探讨

激光干涉仪测量误差因素探讨激光干涉仪是精度最高的线性位移测量仪器，其光波可以直接对米进行定义，可溯源至国家标准，通过与不同的光学组件结合，可以实现对各类机床的线性、角度、平面度、直线度（平行度）、垂直度、回转轴等参数的精密测量，并能对设备进行速度、加速度、频率-振幅、时间-位移等动态性能分析，在相关软件的配合下，可自动生成误差补偿方案，为设备误差修正提供依据。

但是我们在使用中往往会出现检测偏离值，偏离我们的预估，以至于在高精度检测时，对设备产生怀疑。

今天我们来扒一扒引起激光干涉仪测量误差的部分原因。

因测量光学镜组的安装高度不在被测设备的运动轴上引起的测量误差称之为阿贝误差。

产生的原因是设备移动时存在俯仰、扭摆差，因此光学镜组与运动轴偏置距离越远，引起的阿贝误差越大。

上表可得：角度1″在500mm 偏置距离下引起的误差大约是2.40um 。

来个实际案例：以检测机床时不同安装高度为具体说明。

线性镜组安装距工作台10cm ：线性镜组安装距工作台30cm线性镜组安装距工作台50cm实验结果：按GB/T17421.2《机床检验通则》2000版分析标准得出结果，镜组安装高度偏离设备运动轴线越远，检测结果中重复精度以及定位精度就越差。

正确方式：设备校准时线性镜组的安装高度应该尽量靠近被测轴，使激光光束与运动轴重合（或尽量靠近），减小阿贝误差。

扩展：SJ6000激光干涉仪用户在进行两台同类设备定位精度的对比时，应该进行同轴比对，即共用线性镜组，这样才具有可比性。

环境补偿单元能准确采集空气温度、压力、相对湿度信息，基于Edl en公式计算空气折射率，以此对激光波长进行补偿。

但是往往因为操作人员将材料温度探头放置在错误的位置，致使采集的数据不能真实反映被测物体温度状态，从而增大测量误差。

让激光干涉仪测量产生误差的部分原因有哪些

让激光干涉仪测量产生误差的部分原因有哪些
激光干涉仪是精度最高的线性位移测量仪器，其光波可以直接对米进行定义，可溯源至国家标准。

但是我们在使用中往往会出现检测偏离值，偏离我们的预估，以至于在高精度检测时，对设备产生怀疑。

今天我们来扒一扒引起激光干涉仪测量误差的部分原因。

1、阿贝误差
因测量光学镜组的安装高度不在被测设备的运动轴上引起的测量误差称之为阿贝误差。

产生的原因是设备移动时存在俯仰、扭摆差，因此光学镜组与运动轴偏置距离越远，引起的阿贝误差越大。

角度、偏置距离引起的误差表（单位：um）
上表可得：角度1″在500mm偏置距离下引起的误差大约是2.40um。

来个实际案例：以检测机床时不同安装高度为具体说明。

激光干涉仪在测长机检定中的应用_茅振华

1+ W 2+ W 3= ± 1. 153 总误差: W =± W μm 显然 , 用激光干涉仪检定比用量块检定产生误差的因素要少得多 , 其误差值也小得多。 2 2 2
W 球 = ± 0. 75
3
1 1 2 ( 1+ 2 ) p r r
三、实际应用下表列出在 20. 5 ℃和 26 ℃ 时用三等量块对某测长机的检定结果及在 20. 5 ℃和 26 ℃条件下用激光干涉仪对同一测长机的检定结果。
( 1+ 1 ) 0. 22 20 20 = ± 0. 12(μ m) ( 2)两球形测帽测量量块时局部变形量 = ± 0. 75
38 表
标称值 ( m m) 100 200 300 400 500 600 700 800 900
计量技术 1999. № 9
仪器示值误差
用量块检定 20. 5 ℃ 0. 2 - 0. 9 0. 8 0. 6 - 0. 03 - 1 0. 5 0. 5 2. 8 26 ℃ - 1. 3 - 2. 4 - 3. 6 - 3. 6 - 3. 4 - 4. 4 - 4. 1 - 4. 6 - 6. 4
4= ± 0. 1 × 2= ± 0. 14(μm )。 W 5. mm 刻度尺与双刻线的对准误差为 ± 0. 2 μ m , 两次对准为: 2
量 = ± ( 1. 5 W 3
p 2r 1+ 1. 5
2
2
3 = ± ( 1. 5 2 × 20+ ( 1. 5 2 × 20 ) = ± 0. 3(μ m) 式中: r1、 r 2 为球面测帽半径 , r1 = r2 = 20m m; p 为测力 , p= 0. 2 × 9. 8N。 W 9 = ± (W 量 -W 球 ) = ± ( 0. 3- 0. 12) = ± 0. 18(μ m) 所以 , 当室内温度为 20 ℃时 , 总误差为 :

浅谈双频激光干涉测量系统中的常见误差

浅谈双频激光干涉测量系统中的常见误差激光干涉测量以其测量范围大，高分辨率以及高精度测量等特点普及到很多高精度测量的行业中。

随着测量精度和分辨率的提高，测量过程中的任何误差都将对最终的测量结果造成一定程度上的影响。

通过介绍了激光干涉测量中一些常见的误差，并通过对这些误差的分析，来降低或修正误差，使我们的测量结果能更精确可靠。

标签：高精密测量；激光干涉测量；阿贝误差；余弦误差0 引言干涉测量技术是以光波干涉原理为基础进行测量的一门技术，而激光的原理在1916年被爱因斯坦发现后，于1960年被首次成功制造，成为20世纪以来人类最重大的发明之一。

随着实验条件的提升，电子与计算机技术日新月异的发展，使得干涉测量技术得到迅猛发展。

在现代超精密加工过程中，普遍采用纳米级分辨率的双频激光干涉仪进行高精度位移测量。

但越高精密的测量，需要我们考虑的误差因素也就更多。

1 激光干涉仪原理激光干涉仪产生的干涉条纹变化频率与测量反射镜的运动速度有关，整个过程由光强转化出的直流电信号的频率变化也是从零开始变化，这个直流电信号只能用直流放大器来放大处理。

直流测量系统就会有直流光平和电平零飘的弊端，受到外界环境所约束，若激光束强度发生变化时，干涉条纹的条纹的平均光强的变化也会很大，从而导致测量的偏差，而这种无规则的变化又难以通过自动调整来补偿。

因此单频的激光干涉仪抗的缺点就是其抗干扰能力差，只能在恒温防震的条件下使用。

为了克服这一缺点，可以在干涉仪信号中引入一定频率的载波，使被测信号通过载波来传递，就能够采用交流放大，避免外界干扰造成的直流电平漂移。

利用这种技术设计的干涉仪称为外差式激光干涉仪。

现在普遍采用的双频激光干涉仪就是在单频激光干涉仪基础上发展的一种外差式激光干涉仪。

2 激光干涉测量系统的误差分析一般来说影响测量结果的误差主要有以下几点：激光干涉仪自身固有的系统误差；安装过程和测量过程中产生的阿贝误差和余弦误差；测量环境的变化而导致的环境误差。

6大激光干涉仪影响因素

6大激光干涉仪影响因素在数控机床位置准确度检测中，激光干涉仪是最常用的仪器。

但影响测量准确度的因素较多，在测量过程中必须加以考虑，并应采取措施减少或消除影响因素。

一、环境因素的影响1.影响因素下面所列任何一种环境参数的变化都会导致大约1μm的误差:(1)空气温度:1℃(2)空气压力:0.3kPa(3)相对湿度:30%特别是振动对测量的影响是非常大的，振动可能导致测量数据的分散，明显影响重复性的测量。

甚至可能使测量无法正常进行下去。

2.减少及消除的方法(1)测量尽量在恒温车间进行，以保持环境温度的相对稳定。

(2)在环境参数偏离标准条件时，可使用EC10环境补偿单元对温度、压力、湿度进行自动补偿，可使上述(温度、压力、湿度)误差减少到±1.1μm。

(3)尽量关掉车间的照明灯和机床上的工作灯，以减少热源。

(4)在夏季，为了减少激光器的发热，可用电风扇对其进行散热和降温，以延长激光器的使用时间。

(5)在测量时，应尽量避免车间各种振动的产生，如机床、行车等。

在必要时，可在下班或晚上比较安静的环境下测量。

同时，应将反射镜和干涉镜分别安装在刀具/中滑板位置和床身位置上，激光器安装在尽量靠近机床的位置，使用尽可能短的加长安装附件来固定光学元件，以减少机床振动产生的影响。

二、机器表面温度的影响1.影响因素机器温度偏离20℃时，由于使用的材料温度传感器的测量准确度及输入机器热膨胀系数不正确的影响，对测量准确度也会产生影响。

当材料温度传感器的准确度为±0.1℃，热膨胀系数为10μm/℃时，产生的测量误差为±1.0μm；若输入不正确的机器热膨胀系数会使准确度变化为10μm，甚至更多。

2.减少及消除的方法由上看出，热膨胀系数是一个重要的误差来源，因此应该注意确保输入正确的数值，必要时，可向机器供应商进行咨询。

三、死程误差的影响1.影响因素死程是在使用EC10自动补偿的方式进行位置准确度测量中随环境参数的变化而产生的一种误差。

[讲解]阿贝误差详解

阿贝误差分析摘要：本文详细分析了阿贝误差的产生原因及对测量结果的影响。

通过理论分析和试验结果，确定了消除阿贝误差影响的方法。

1 问题的提出笔者在校准一台大量程一维影像测量设备时，首先利用激光干涉仪对被校准设备示值误差进行修正，之后利用激光干涉仪测量示值误差（与修正点不重合），测量结果满足该设备最大允许误差要求。

但是利用该设备测量实物时，却发现测量误差很大，远超出了利用激光干涉仪校准时所得到的示值误差范围。

经过分析，认为原因应该出在阿贝误差方面。

阿贝原则是指在设计计量仪器或测量工件时,应该将被测长度与仪器的基准长度安置在同一条直线上。

测量过程中不能满足阿贝原则时会产生额外测量误差，也就是常说的阿贝误差。

下面内容详细分析阿贝误差产生的原因及影响阿贝误差大小的因素。

2 阿贝误差产生的原因图1 一般测量设备各轴线位置关系示意图X上图是一般一维测量设备的基准轴线，仪器导轨轴线及测量轴线的相互关系示意图，我们把三条轴线置于直角坐标系内，并把测量方向指定为Y 方向，在该示意图中三条轴线都不在一条直线上。

首先我们把与仪器导轨垂直的平面定义为测量截面。

在测量范围内某一位置，测量截面与基准轴线交点为A,与导轨轴线交点为O ，与测量轴线交点为B 。

A 、O 、B 的相互关系如下图，该图实际反映了三条轴线的相互位置关系。

图2 测量截面内各轴线位置关系在测量截面内，交点A 、O 、Z 坐标反映了他们之间的位置关系。

如果在整个测量范围内，仪器导轨没有任何制造误差，是一条理想直线，那么在测量平面沿导轨轴线移动过程中，其上面任何一点轨迹都是直线，当然A 、B 点的移动是同步的，也就不存在所谓的阿贝误差。

但实际上，任何仪器导轨都存在制造、装配误差，测量截面沿导轨移动时，截面上任意一点都不可能是同步的。

在测量过程中，我们以基准轴线上的值作为被测量对象的值，实际上在测量X截面内基准轴线上的点与测量轴线上的点是不同步的，这样就会产生测量误差，这也就是阿贝误差的本质来源。

激光干涉仪在机床定位精度测量中的误差分析

激光干涉仪在机床定位精度测量中的误差分析摘要: 使用( renishaw ) 激光干涉仪对一台立式铣床的定位精度进行了测量。

在启用和关闭机床环境补偿系统的条件下, 得出了两组相差较大的实验数据。

通过对激光干涉仪在测量中的误差进行分析, 找出了定位精度变化的原因和相关数据的变化范围。

由于数控机床热变形的不稳定性和测量方法的多样性, 到现在为止, 国内还没有统一的检验通则用来评定机床的热误差大小。

目前, 用来评定机床性能的主要依据之一是机床轴线的定位精度和重复定位精度的大小。

能够用于检测数控机床几何误差的检测方法有很多:一维球列测量法、球柄仪测量法和激光干涉仪测量法等。

但在生产实践中, 考虑到检测设备对测量精度、稳定性以及通用性等要求, 国内外生产厂家都采用激光干涉仪测量法来评定数控机床的轴线定位精度大小。

在使用激光干涉仪进行线性定位误差测量时, 分光镜或反射镜之一保持静止, 另一个光学元件沿着线性轴线运动。

图1中, 分光镜静止不动, 反射镜沿着预定的方向运动。

误差分析激光干涉仪是一种高精度的计量仪器, 自身的精度很高, 但在使用时会受到环境、安装条件、机床温度和线膨胀系数不准确等诸多因素的影响, 从而降低了测量精度。

激光干涉仪在机床定位精度测量中的误差包括激光干涉仪的极限误差e1、安装误差e2 和温度误差e3 用激光干涉仪实现高精度定位主轴头和控制系统补偿的位置误差方面, 大型加工中心的定位精度要求为数百分之一毫米。

采用ML10激光干涉仪就能达到要求。

航空工程工业加工大型整体部件和大型轻合金模具都需要X轴和Y轴行程达数米的加工中心。

平面度、角度和位置精度测量ML10提供的测量范围完全能满足各种不同要求:可以测量导轨的垂直度和水平平直度,主轴头的定位精度,正交轴的角度和回转轴的定位精度。

激光干涉仪便可自动测量主轴头的位置偏差。

ML10是测量大型加工中心平直度与定位精度最好且精度最高的测量装置。

用激光干涉仪测量数控机床主轴误差新法从激光干涉仪检验的内容来看，从最初的单独测量机床各轴的位移精度，扩展到分别测量定位精度、直线度、平行度、垂直度等，再到现在使用分布体对角线测量法测量机床的三维整体性能。

激光干涉仪在内径千分尺检定上的应用

激光干涉仪在内径千分尺检定上的应用内径千分尺主要用于测量工件的内径、槽宽和两个内表面之间的距离。

接杆式内径千分尺的规格大至6000mm，对于大规格的内径千分尺示值误差检定时，温度及测长机的示值误差对检定结果的影响比较大。

为此国家修订出台的JJG22-2014《内径千分尺》检定规程，规定示值误差采用测长机配激光干涉仪进行测量。

●测长机种类与原理测长机是用于测量大型零件和量具尺寸的精密长度计量仪器。

它的类型是以测量所采用的基准器种类而定义的。

目前常见的测长机有三种类型：光学测长机、激光测长机、光栅测长机。

其中光学测长机的历史最悠久，目前国内大多数企业计量室和计量技术机构还在广泛使用，上述规程中也是主要针对光学测长机进行叙述的。

光学测长机结构较为复杂，主要原因是为了用光学方法补偿阿贝误差。

为了保证测量精度，光学测长机采用爱宾斯坦原理对阿贝误差进行光学补偿。

光学测长机●测长机配合激光干涉仪测量示值误差的说明A.1 安装方法激光干涉仪安装于测长机的尾座外，干涉镜安装于测长机体上，反射镜安装于测量尾座上，安装示意见图1。

调整激光束使其于测长机的测量轴线重合。

将激光干涉仪的材料温度传感器均匀贴附于被检内径千分尺上，空气传感器贴附于测长机机体之上并尽量接近激光光路，安装时应确保空气传感器及激光束附近无明显空气流动。

在检定小尺寸内径千分尺时也可以通过专用固定座将激光干涉仪安装在测长机机体上，见图2。

A.2 读数方法测量时，测长机对准零位，激光干涉仪归零。

读取激光干涉仪的读数作为测长机的分米读数，毫米及微米测量值在测长机上读取，三部分的读数之和为测得值。

内径千分尺示值误差测量结果的不确定度评定SJ6000激光干涉仪主要技术指标稳频精度：0.05ppm动态采集频率：50 kHz预热时间：≤ 6分钟工作温度范围：(0~40)℃存储温度范围：(-20~70)℃环境湿度：(0~95)%RH空气温度传感器：±0.1℃(0~40)℃，分辨力0.01℃材料温度传感器：±0.1℃(0~55)℃，分辨力0.01℃空气湿度传感器：±5%RH (0~95)%RH大气压力传感器：±0.1kPa (65~115)kPa测量距离：(0~80)m (无需远距离线性附件)测量精度：0.5ppm (0~40)℃测量分辨力：1nm测量最大速度：4m/s。

丝杠精度双频激光干涉测量中的阿贝误差实时补偿

丝杠精度双频激光干涉测量中的阿贝误差实时补偿齐向东;滕丽华;于海利【摘要】提出一种利用双频激光干涉仪检测光栅刻划机分度丝杠的新型光路结构,推导出用于阿贝误差补偿的快速修正计算式,实现了丝杠测试过程中阿贝误差的实时修正,通过修正使不满足阿贝原则的测量系统获得了较高的测量精度.另外该方法还通过调整参考镜角锥棱镜消除了测量过程中丝杠轴向窜动引起的测量误差.实验结果表明,采用提出的方法在300 mm的丝杠行程内修正的最大阿贝误差为1.39μm,补偿后最大残差仅为0.48 μm,有效地提高了丝杠测量精度.【期刊名称】《中国光学》【年(卷),期】2010(003)003【总页数】6页(P279-284)【关键词】光栅刻划机;丝杠;双频激光干涉仪;阿贝误差【作者】齐向东;滕丽华;于海利【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院研究生院,北京,100039;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院研究生院,北京,100039【正文语种】中文【中图分类】TG85;TH741.3光栅刻划是当今最为精密的加工技术之一，经过60多年来的发展，光栅刻划机已由纯机械式刻划机、简易光电控制式刻划机发展到采用精密激光测量技术的闭环控制式刻划机。

光栅刻划机的关键传动元件—丝杠的制作精度对刻划机的运行精度影响很大，直接关系到光栅的鬼线强度、杂散光强度和光栅分辨本领［1］，因此，在现代光栅刻划机制造过程中丝杠加工显得尤为重要。

在丝杠的研磨与超精研磨工艺过程中，高精度的测量结果直接指导丝杠研磨，左右丝杠的加工精度。

丝杠的物理结构决定其螺距精度测量无法遵照阿贝原则，而阿贝原则是绝对测量的重要依据，被测量轴线只有在基准轴的延长线上才能得到精确的测量结果［2］。

若丝杠直线度误差为10″，阿贝离轴量为100mm，则引起的测量误差为4.85μm，该误差大于高精度丝杠的周期螺距误差，甚至累积误差，因此，必须合理地设计丝杠测量结构来减小阿贝误差的影响［3～6］。

激光干涉仪自动校准五轴加工中心及测量误差分析

激光干涉仪自动校准五轴加工中心及测量误差分析发布时间：2021-07-08T07:49:20.450Z 来源：《防护工程》2021年7期作者：汤李炳[导读] 近年来，我国的综合国力的发展迅速，激光干涉仪是用特定、稳定的激光束和波长，来测量位移的高精密测量系统。

五轴加工中心的技术含量高、精度高，用于加工复杂零件的高效率的自动化机床，除了X、Y、Z三个基本直线轴外，还有A轴转头和B轴转台。

其准确度按照国家标准和技术规范来评定，常见的如两点法、最小二乘法、VDI3441技术规范、国家标准GB10931等。

汤李炳浙江凯达机床股份有限公司浙江诸暨 311800摘要：近年来，我国的综合国力的发展迅速，激光干涉仪是用特定、稳定的激光束和波长，来测量位移的高精密测量系统。

五轴加工中心的技术含量高、精度高，用于加工复杂零件的高效率的自动化机床，除了X、Y、Z三个基本直线轴外，还有A轴转头和B轴转台。

其准确度按照国家标准和技术规范来评定，常见的如两点法、最小二乘法、VDI3441技术规范、国家标准GB10931等。

要保证加工中心的指标在要求的范围内，才能达到的最理想的加工准确度，若偏差超出范围，那么加工零件的质量就得不到有效控制。

激光干涉仪自动测量机床的误差后，可通过手动输入或连接ＲS232接口对线性误差进行自动补偿。

如此自动循环的重复测量、补偿后，可以改善加工中心的运动位置偏差，使其达到最佳状态。

本文还对影响激光干涉仪测量误差的常见因素进行了简单分析。

如激光束和镜组与数控轴保持准直(即与运动轴平行)，即余弦误差，激光束与运动轴之间没有准直造成测量值与实际值的差异;阿贝误差的存在，是因为测量方法不满足阿贝原则“测量轴线在基准轴线的延长线上”的定义;回转轴与分度器不同心或不平行引起的弧秒或正弦误差。

关键词：激光干涉仪；自动校准五轴加工中心；测量误差分析引言加速度计正在被越来越多地应用于机械制造、车辆船舶、航空航天等众多科研和工程领域。

用双频激光干涉仪实时修正阿贝误差的方法和实验

用双频激光干涉仪实时修正阿贝误差的方法和实验
谢广平;成相印
【期刊名称】《制造技术与机床》
【年(卷),期】1994(000)010
【摘要】讨论了对机床及某些测量仪器的阿贝误差进行实时修正的的方法、原理和组成，同时介绍了验证该方法的实验装置及实测结果，在２．５ｍ的行程内，将最大１９．４μｍ的阿贝误差修正到１．６μｍ。

【总页数】3页(P8-10)
【作者】谢广平;成相印
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TG87
【相关文献】
1.双频激光干涉仪系统线性测量误差主要来源及减小误差的方法分析 [J], 徐建
2.用于阿贝误差实时修正的三通道激光干涉仪的研究 [J], 谢广平;殷纯永
3.基于双频激光干涉仪的DM1007数控铣床几何误差辨识的实验研究 [J], 胡建忠;王波雷;王民;范晋伟;昝涛
4.丝杠精度双频激光干涉测量中的阿贝误差实时补偿 [J], 齐向东;滕丽华;于海利
5.用MJS双频激光干涉仪指导数控机床位置度误差的修正 [J], 羡一民;曹益平
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