激光干涉仪实验报告

基于激光干涉仪的CA6140机床精度测量实验
一、实验目的与要求
1.了解雷尼绍XL-80激光干涉仪的工作原理；
2.掌握雷尼绍XL-80激光干涉仪的的使用方法；
3.掌握普通机床Z轴定位精度、重复定位精度的测量方法；
4.掌握普通机床定位误差数据的处理方法。

二、实验仪器与设备
1.雷尼绍XL-80激光干涉仪一台；
2.CA6140机床一台。

三、实验原理
图1 线性定位精度测量原理图
来自XL-80激光头的光束进入线性干涉镜，在此光束被分成两束。

一束光（称为参考光束）被引向装在分光镜上的反射镜，另一束光（测量光束）则穿过分光镜到达第二个反射镜。

然后，两束光都被反射回分光镜，在此它们重新组合并被导回到激光头，激光头内的探测器监测两束光之间的干涉。

一般在线性测量过程中，一个光学组件保持静止不动，另一个光学组件沿线性轴移动。

通过监测测量光束和参考光束之间的光路差异的变化，产生定位精度测量值（注意，它是两个光学组件之间的差异测量值，与XL激光头的位置无关）。

此测量值可以与理想位置比较，获得机床的精度误差。

四、实验步骤
图2 定位精度测量示意图
1.光路搭建
（1）开动机床，在保证激光不被机床碰到的情况下，激光干涉仪应离机床越近越好（便于对光）。

（2）放好支架，大体判断镜子所需架设的高度，然后调整支架至合格位置。

各个活动部件都要锁死。

（3）将激光干涉仪安装至支架，激光干涉仪下有锁扣，扣死。

使用水平仪，通过调整支架使激光干涉仪达到水平状态。

（4）将激光干涉仪各个微调螺母调制中间位置（便于以后微调）。

（5）连接激光干涉仪电源、数据线、数据收集器、传感器、电脑等，打开激光干涉仪电源使激光干涉仪预热，等激光指示灯出现绿色后，表明激光已稳定（正常需5分钟）。

（6）架镜子：遵循干涉镜不动，反射镜随机床动
a.将机床擦拭干净并将机床开到合适位置，被测量轴工作台需要开到极限位置（最靠近激光仪的一侧）。

b.先架干涉镜，将干涉镜用安装杆、磁性表座固定在机床不可运动部件或其它固定部件上。

可通过不同的组装方法使光线的反射方向不同（那些不方便直线
架设激光干涉仪的，可以采取90度架设）。

激光干涉仪一般吸附在主轴上，如不方便可吸附在主轴箱上。

c.架设反射镜，将反射镜用安装杆、磁性表座固定在机床运动部件上。

调整高度使其和干涉镜高度相同。

2.对光过程：近处调镜组的位置，远处调激光头的俯仰和偏摆旋钮。

（1）激光干涉仪光头旋转至小光圈，将光线调整至射入干涉镜（通过调整架子位置和高度），这时需要看的是激光仪上主光点应在对光圆圈的中点，副光点应和主光点在同一竖直线上。

如果达不到这个要求，继续通过调整架子角度、激光干涉仪高度等，使其符合要求。

（2）将反射镜与干涉镜对齐，注意，此时反射镜位于离激光头最近的位置，移动X轴和反射镜的高度，观察对光圆圈上第二主光点的位置，当对光圆圈上的两个主光点完全重合、且都处于对光圆圈的中心时说明此位置处参考光束和测量光束可以形成干涉。

（3）手摇机床使之开到要测量的最远端，这时若两光点分离即不在同一直线上，需通过调整激光头偏摆和俯仰旋钮来调节，使对光圆圈上的两个主光点完全重合、且都处于对光圆圈的中心。

（4）重复步骤（2）、（3），直至在整个从最近端到最远端的行程中两光点一直处于重合的状态，对光完成。

3.测量
启动测量软件，进行相关设置。

沿Z轴方向移动机床，移动到要求位置，点击“采集数据”。

五、注意事项
1.搬运仪器附件箱时，应轻拿轻放，防止损坏激光干涉仪或其它附件。

2.三角架在使用时，应将各紧固螺钉固紧，防止意外事故的发生。

3.激光干涉仪在使用时，应用两松紧带固紧。

4.安装光学镜组时，要小心谨慎，防止摔坏或碰坏镜组，特别禁止“悬空”安装光学镜。

5.严禁用手触摸镜组镜面，保持镜面干净。

6.眼睛不能对准输出光束直视，否则会伤害眼睛。

7.注意各条电源线和传输线，以免拌到电源线或传输线。

8.测量完后，应将电源线、连接电缆、电源插板及电缆线等擦拭干净。

9.测量完毕后，应仔细清点仪器所有附件，防止丢失。

六、实验数据处理
测量完毕后，点击“分析数据”下的“GB/T 17421.2-2000分析曲线”、“ GB/T 17421.2-2000三合曲线”、“打印或观查误差表”和“误差补偿图表”，得到相应的图表，截图保存。

七、思考题
1.根据实验结果，分析机床的定位精度、重复定位精度和反向差值分别为多少？
定位精度 A=1941.924微米
重复定位精度 R=（505.212+951.770）/2=728.491微米
反向差值 B=1123.333微米
2.什么是定位精度？什么是重复定位精度？
定位精度：指零件或刀具等实际位置与标准位置(理论位置、理想位置)之间的差距，差距越小，说明精度越高。

是零件加工精度得以保证的前提。

重复定位精度：在在相同条件下加工一批零件所得到的连续结果的一致程度。

3.产生反向差值的原因。

在传动系统中各传动部件之间存在间隙，如键连接间隙、齿轮副中的齿轮间隙、丝杠螺母副间隙等。

其综合作用影响下导致了反向差值的出现，使得机床加工精度降低。

4.简述对光过程。

（1）激光干涉仪光头旋转至小光圈，将光线调整至射入干涉镜，通过调整角度，激光干涉仪高度等，使激光干涉仪上主光点在对光圆圈的中点，副光点和主光点在同一竖直线上。

（2）将反射镜与干涉镜对齐，移动X轴和反射镜的高度，观察对光圈上第二主光点的位置，当对光圆圈上的两个主光点完全重合，且都处于对光圆圈的中心时，说明此位置处参考光束和测量光束可以形成干涉。

八、心得体会
激光干涉仪可配合各种折射镜、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，并可作为精密工具机或测量仪器的校正工作。