可调整光程的激光测长机_黄雷
三角法激光雷达测距原理
三角法激光雷达测距原理
三角法激光雷达是一种基于光学测量原理的仪器，主要用于测量远距离、高精度的距离和速度。
三角法激光雷达测距原理基于光学三角法，利用激光束在空气中传播
时的光程差测量物体距离。
激光束从雷达发射器出射，射到目标物体
后反射回来，雷达接收器接收到反射回来的激光信号。
根据激光信号
的时间差和速度，通过计算反射光程差，即可精确测量目标物体的距离。
激光雷达通常采用波长在850 nm到1550 nm之间的激光，具有较好的直线传输和小的散焦率，可用于长距离测量和高精度测量。
同时，
三角法激光雷达还可以通过接收器接收多束激光信号，利用多普勒效
应测量目标物体的速度。
三角法激光雷达在工业、军事、环境监测等领域有着广泛的应用。
在
工业领域，它可以用于测量复杂构型或难以触及的物体的精准距离和
形状，可用于制造、质量控制、机器人自主导航等方面；在军事领域，激光雷达可用于侦察、监视、导航等方面；在环境监测方面，它可以
用于测量山区、林区等地形复杂的地区的气象、地质和生态信息等。
总的来说，三角法激光雷达测距原理是一种非常精准和实用的测量技术，它已经被广泛应用于各个领域，并对人们的生产和生活带来了很大的便利。
激光干涉仪的使用教程
激光干涉仪的使用教程激光干涉仪是一种常见的光学测量装置，可以用于测量物体的长度、形状和表面的平整度等。
本文将介绍激光干涉仪的基本使用方法，帮助读者快速掌握这一技术。
一、仪器准备在使用激光干涉仪之前，我们首先需要准备好所需的仪器和材料。
激光干涉仪主要由激光发生器、光学平台、干涉装置和探测器等组成。
确认这些仪器和材料完好无损，并确保仪器的稳定性和准确性。
二、调整仪器使用激光干涉仪之前，我们需要对仪器进行调整，以确保其正常工作。
首先，将激光发生器插入电源，打开电源开关。
仪器启动后，等待一段时间，使激光充分发挥作用。
然后，通过调整光学平台和干涉装置的位置，使激光光束垂直射向目标物体。
三、设定测量参数在激光干涉仪的使用过程中，我们需要设定一些测量参数，以获得所需的测量结果。
这些参数包括光程差、相位移、干涉图的放大倍数等。
根据实际测量需要，选择合适的参数，并进行相应的设置。
四、开始测量一切准备就绪后，我们可以开始进行实际的测量工作了。
在进行测量前，确保测量环境稳定，并尽量减小外界干扰。
然后，将待测物体放置在光学平台上，并调整激光光束的位置和角度，使其能够覆盖待测物体的整个表面。
五、记录数据在进行测量过程中，我们应该及时记录测量结果和数据。
可以使用计算机或其他记录设备，将测量结果保存下来，以备后续分析和处理。
同时，应该对数据进行分析和统计，以获得更准确的测量结果。
六、数据处理在激光干涉仪的使用过程中，我们经常需要对测量数据进行处理和分析。
这包括数据的滤波、平均和曲线拟合等。
通过对数据进行处理，我们可以得到更加精确的测量结果，并获得更多有用的信息。
七、应用领域激光干涉仪具有广泛的应用领域。
它可以用于测量光学元件的表面形状、光学透明薄膜的厚度、机械零件的平整度和曲率等。
同时，激光干涉仪还可以用于光学几何测量、材料表面形貌分析和激光工艺等方面。
八、注意事项在使用激光干涉仪时，我们需要注意一些安全事项。
首先，激光光束对眼睛有一定的伤害，使用过程中应戴上适当的防护眼镜。
激光干涉仪分类及应用
激光干涉仪分类及应用一、概述激光干涉仪是一种光学仪器，利用激光干涉的原理来测量长度、角度、形状等物理量。
它被广泛应用于科学研究、工业制造、医学诊断等领域。
根据其原理和使用方式的不同，可以将激光干涉仪分为多种类型。
二、分类1. 干涉仪原理分类激光干涉仪可以根据其采用的干涉原理来进行分类：•束干涉仪：利用两个互相干扰的激光束，当两束光相遇时，产生干涉条纹，用于测量物体之间的形状、位置和尺寸。
•显微干涉仪：利用显微镜将被测物体分成若干区域，利用激光的光程差形成干涉条纹，可用于测量胶膜厚度、半导体芯片等微小尺寸物体的形状和表面粗糙度。
•波前干涉仪：利用激光周波变化的特性，测量光学元件透过光束的波前变化情况，用于测量光学元件精度和光学系统的成像质量。
•全息干涉仪：利用全息记录技术，将干涉条纹记录下来，并在还原光下投影出来，测量物体形状、表面形貌、变形、位移等。
2. 应用分类激光干涉仪可以根据其应用范围来进行分类：•光学加工：用于激光焊接、切割、打孔、表面处理等光学加工工艺。
•材料表征：用于测量材料的表面形貌、变形、膨胀系数、热膨胀系数等参数。
•基础研究：用于准确测量物理量，如长度、角度、形状等，尤其是在量子光学、非线性光学、太赫兹光学等领域有广泛应用。
•医学诊断：用于测量人体的视力、血流速度、角膜厚度等生物医学参数。
三、激光干涉仪在工业制造中的应用1. 光学加工激光干涉仪可以准确测量材料的表面形状和位置，可广泛应用于光学加工行业中。
例如，它可以用于激光切割机上的切割控制、钣金加工、电路板打孔、精密加工和微加工等。
2. 精密测量激光干涉仪可以实现高精度的测量，可广泛应用于工业制造行业中的质量检测、自动化控制、生产线监控等方面。
例如，它可以用于测量汽车车轮的径向跳动、轮毂的偏心度、液体流量、材料的热膨胀系数等等。
3. 热处理激光干涉仪可以用来监测温度，特别是在热处理过程中，它可以实时测量温度并做出相应的调整，从而确保制造出高质量的产品。
激光测长度原理
激光测长度原理激光测长度原理是基于光的干涉现象，在激光束通过光程差变化时产生干涉条纹，通过测量干涉条纹的数量或变化来确定长度的一种测量方法。
激光测长度原理广泛应用于各种精密测量领域，如机械制造、光学仪器、电子设备等。
激光是一束具有高度相干性的光，它是由具有同一波长、同一相位并且能够保持相对稳定的光波组成的。
利用激光测长度的基本原理是通过将激光束分成两束，分别经过两条不同光程的光路，使两束激光到达某一接收平面上时发生干涉，在接收平面上形成干涉条纹。
对于已知一条光程差的情况下，通过测量干涉条纹的数量或变化就可以确定待测长度。
首先，我们需要一个激光器来产生激光。
激光器是一种产生高相干、高亮度的单色光的器件。
激光器内部通过受激辐射的过程，将能量释放为光子，并使这些光子具有同一的频率和相位。
然后，分束器将激光束分成两束。
分束器一般是由半透明镜组成，它可以部分透射光束，部分反射光束。
两束分离的光束分别进入两个光程不同的光路。
接下来，两束光束分别经过光程不同的路径，形成干涉。
两条光程分别是已知的参考光程和待测光程。
参考光程是一个已知长度的光程，可以通过标准长度测量仪器测量得到。
待测光程指的是我们需要测量的长度。
两束光在干涉区域相交，相互干涉产生干涉条纹。
干涉条纹的产生是由于两束光在干涉区域内的相位差引起的。
相位差取决于两束光相对于其波长的位移差。
当相位差为整数个波长的整数倍时，两束光的相干叠加会增强干涉条纹的亮度，形成亮纹；当相位差为半个波长的奇数倍时，两束光的相干叠加会减弱干涉条纹的亮度，形成暗纹。
干涉条纹的数量和亮暗变化与光程差有关。
最后，通过测量干涉条纹的数量或变化来确定待测光程和长度。
一般来说，我们可以通过计数干涉条纹的数量或测量干涉条纹的周期来确定长度。
通过测量仪器可以将干涉条纹转化为电信号，并进行信号处理和分析。
根据已知的参考光程和已知的干涉条纹与长度的关系，可以计算出待测光程和待测长度。
在实际的应用中，激光测长度技术可以通过精密的光路设计、仪器调试和数据处理来实现高精度的长度测量，可应用于微米级、亚微米级乃至更高精度的测量要求。
激光干涉仪测量原理
激光干涉仪测量原理激光干涉仪是一种基于干涉原理的测量仪器，主要用于测量长度、角度和平面度等。
它通过利用激光的干涉现象，实现高精度测量。
激光干涉仪有多种类型，包括腔长度干涉仪、双光束干涉仪和多光束干涉仪等。
激光干涉仪的原理基于干涉现象，即光的波动性质，当两束光线相遇时，在空间中形成干涉图案。
这个干涉图案的形状和光线的相位差有关，而相位差又与参考光线和测量光线的路径差有关。
在激光干涉仪中，激光器产生的强度稳定且单色的激光通过分束器被分成两束光线，一束作为参考光线，另一束被引导到待测物体上，形成测量光线。
当测量光线经过待测物体反射或透射后再次与参考光线相遇时，两束光线会发生干涉现象。
干涉现象会产生干涉条纹，这些条纹反映了两束光线间的相位差，从而反映了待测物体上的形状、位移或折射率等信息。
为了更好地观察干涉条纹，激光干涉仪通常使用干涉仪，例如迈克尔逊干涉仪或菲涅尔干涉仪。
在迈克尔逊干涉仪中，参考光线和测量光线分别通过反射镜和半透镜被反射或透射，然后再次相遇形成干涉条纹。
在菲涅尔干涉仪中，参考光线和测量光线分别通过透镜和透明棱镜后再次相遇。
为了测量待测物体的形状、位移或折射率等信息，需要通过改变参考光线和测量光线的光程差来修改干涉图样。
常见的方法是通过改变光程差来改变干涉环的位置或数量。
光程差可以通过调整反射镜或透镜的位置来实现。
通过测量干涉条纹的位置和数量的变化，可以获得待测物体的形状或位移的信息。
激光干涉仪具有高精度、高分辨率和快速响应的特点，因此被广泛应用于各种测量领域。
例如，激光干涉仪可用于测量长度、角度和平面度等机械工件的精度。
它还可以用于光学元件的制造和表面形貌的测量。
此外，激光干涉仪还可以应用于光学实验、光学校准和科学研究等领域。
总之，激光干涉仪是一种基于干涉原理的精密测量仪器。
它通过利用激光的干涉现象来实现高精度测量，并广泛应用于各种测量领域。
激光干涉仪在工业界和科学研究领域具有重要的应用价值。
高精度激光干涉仪的调试步骤与测量结果分析方法
高精度激光干涉仪的调试步骤与测量结果分析方法激光干涉仪是一种用于测量光程差的精密仪器，在科研、工业制造和生物医学等领域得到了广泛应用。
高精度激光干涉仪能够实现亚纳米级的测量精度，因此其调试步骤和测量结果分析方法非常关键。
一、激光干涉仪的调试步骤1. 光学路径的校准：激光干涉仪中最重要的部分是干涉仪的光路。
首先要保证光源的稳定性和亮度，通常使用氦氖激光器作为光源，并使用聚焦透镜获得平行光。
然后要调整两束光线的平行度，使用准直器或像差调节器进行调整。
最后，通过调整反射镜和平行板的位置，使两束光线相互平行，保证光束之间的光程差为零。
2. 干涉图案的调试：将两束光线合并后，会出现一条干涉条纹。
通过调节平行板的角度或物镜的位置，可以调整干涉条纹的间距和亮度。
要使条纹清晰且对称，可以适当调整反射镜的位置。
3. 线性度和非线性度的校准：利用参考杆来测试激光干涉仪的线性度和非线性度。
将参考杆平行放置在干涉仪的测量平台上，测量不同位置处光程差与参考杆长度的关系。
通过分析这些数据，可以得到激光干涉仪的线性度和非线性度，并进行校准。
4. 测量系统误差的校正：激光干涉仪在实际测量中可能存在系统误差，如温度变化、机械振动等。
通过在实验中引入补偿措施，可以对这些误差进行校正。
例如，可以在实验过程中保持温度稳定，使用防振设备减小机械振动对测量的影响。
5. 预处理与信号分析：在测量过程中，激光干涉仪会产生一系列干涉信号。
这些信号需要进行预处理和信号分析，以获得最终的测量结果。
常用的方法包括锁相放大器、频谱分析仪等。
二、测量结果分析方法1. 干涉条纹解析：干涉仪产生的干涉条纹是通过测量光程差得到的。
根据不同的应用需求，可以利用不同的方法对条纹进行解析，如三角法、Fourier变换等。
解析干涉条纹可以得到物体的形貌信息和变形分布等。
2. 测量结果精度评估：对于高精度激光干涉仪的测量结果，需要进行精度评估来判断测量结果的可靠性。
常用的方法包括误差分析、重复性测试和对比实验等。
迈克耳孙干涉仪的调节和使用
迈克耳孙干涉仪的调节和使用迈克耳孙干涉仪（Michelson Interferometer）是一种常用的精密光学仪器，用于测量光的波长、折射率、光程差等物理量，广泛应用于光学实验中。
下面将对迈克耳孙干涉仪的调节和使用进行详细介绍。
一、迈克耳孙干涉仪的结构当一个光源射向迈克耳孙干涉仪的入射光学系统中时，光线将被镜1反射并与镜2的反射光线相交，然后再次反射而出。
这种干涉现象可以通过调节镜2的位置实现，从而产生干涉图样。
二、调节迈克耳孙干涉仪1.调节两个镜面平行：首先，通过调节镜2的位置，使得干涉斑变得清晰。
然后，利用调节镜2的水平旋钮，观察干涉斑的移动情况。
若干涉斑逐渐移动，说明两个镜面不平行，需要反复调节镜2的位置，直到干涉斑的移动完全停止，达到镜面平行。
2.调节两个镜面垂直：在镜面平行的基础上，使用调节螺丝将镜2微微转动，每次转动一小步，并观察干涉斑的移动情况。
若干涉斑的移动方向逆转，则说明两个镜面不垂直，需要逐渐调整镜2的角度，直到干涉斑的移动方向不再改变。
3.调节光程差：将半透镜调节到合适位置，使得光程差为零。
此时，观察干涉斑的变化，若干涉斑发生移动，则需要适当调整半透镜，使得干涉斑保持稳定。
三、使用迈克耳孙干涉仪1.测量光的波长：通过改变光源的波长，观察干涉斑的移动情况。
利用迈克耳孙干涉仪的干涉现象特点，可以计算出光的波长。
2.测量折射率：将待测物体放入迈克耳孙干涉仪的光路中，通过观察干涉斑的变化，可以获得待测物体的折射率信息。
3.测量光程差：调节迈克耳孙干涉仪的光程差，观察干涉斑的变化情况。
通过测量干涉斑的移动距离，可以确定光程差的大小。
4.测量精度提高：在使用迈克耳孙干涉仪时，要密切注意环境的稳定性，避免振动和温度变化对干涉斑的干扰。
此外，注意避免干涉斑的模糊或重叠现象，可适当调整光源的亮度或透镜的位置。
综上所述，迈克耳孙干涉仪是一种精密的光学仪器，通过调节和使用迈克耳孙干涉仪，可以测量光的波长、折射率、光程差等重要物理量。
激光干涉测长仪报告
贵州民族学院《激光原理及应用》《激光干涉测长仪》课程设计学院计算机与信息工程学院专业09 光信息班级09 光信息姓名张家文许毅强学号200907040054 200907040047指导教师葛一凡老师激光干涉测长仪摘要：本系统利用激光优异的单色性、方向性和高度相干性，光电传感器，移向电路，仪用放大整形，细分辨向电路，单片机控制计数等完成了通过激光干涉来测量物体的长度。
关键词：激光干涉光电传感器移向细分辨向计数目录一激光干涉仪基本原理及系统组成 (4)1 激光干涉仪基本原理 (4)2 激光干涉仪系统组成 (5)二信号处理部分系统设计 (6)1 第一种方案 (6)2 第二种方案 (11)三测试结果 (19)四参考文献 (22)系统程序及系统原理图 (22)一 激光干涉仪基本原理及系统组成1 激光干涉测长仪的基本原理激光干涉测长的基本光路是一个迈克尔逊干涉仪（如图1）,用干涉条纹来反映被测量的信息。
干涉条纹是接收面上两路光程差相同的点连成的轨迹。
激光器发出的激光束到达半透半反射镜P 后被分成两束，当两束光的光程相差激光半波长的偶数倍时，它们相互加强形成亮条纹；当两束光的光程相差半波长的奇数倍时，它们相互抵消形成暗条纹。
两束光的光程差可以表示为jMJ j Ni i i ln l n ∑∑==-=∆11(1)式中j i n n ,分别为干涉仪两支光路的介质折射率；j i l l ,分别为干涉仪两支光路的几何路程。
将被测物与其中一支光路联系起来，使反光镜M 2沿光束2方向移动，每移动半波长的长度，光束2的光程就改变了一个波长，于是干涉条纹就产生一个周期的明、暗变化。
通过对干涉条纹变化的测量就可以得到被测长度。
P光束1单模稳频He-Ne 激光器光电计数器显示记录装置待测物体激光束光束2光电显微镜迈克尔逊干涉仪M 1M 2可移动平台图1 激光干涉测长仪的原理图被测长度L 与干涉条纹变化的次数N 和干涉仪所用光源波长λ之间的关系是2λNL = （2）式（2）是激光干涉测长的基本测量方程。
激光干涉仪测量原理及应用
激光干涉仪测量原理及应用激光干涉仪是一种基于干涉原理的精密测量仪器，广泛应用于科学研究、工业制造和医疗领域。
本文将介绍激光干涉仪的测量原理、测量对象以及应用领域。
一、测量原理激光干涉仪利用激光光束的干涉现象进行测量。
首先，通过激光发生器产生一个相干的激光束，然后将光束分为两束，其中一束通过参比光路径传播，另一束通过待测物体的表面反射。
两束光束重新合并后，通过干涉现象形成干涉条纹。
根据干涉条纹的变化，可以计算出待测物体的表面形态、位移或变形信息。
在激光干涉仪中，常用的测量原理有两条著名的分支：相位差法和长度差法。
1. 相位差法相位差法通过测量干涉条纹的相位差来确定待测物体的形态、位移或变形信息。
当待测物体发生形变或位移时，相位差会发生变化。
利用激光干涉仪测量相位差，并通过相位差与位移间的关系，可以获得待测物体的位移信息。
2. 长度差法长度差法通过测量干涉条纹的长度差来确定待测物体的形态、位移或变形信息。
待测物体的表面形态、位移或变形导致光程差的改变，进而影响干涉条纹的长度差。
通过测量长度差，并通过长度差与位移间的关系，可以获得待测物体的位移信息。
二、测量对象激光干涉仪广泛应用于各个领域的测量任务中，包括科学研究、工业制造和医疗领域。
1. 科学研究在科学研究领域，激光干涉仪常用于测量微小位移和形变。
例如，在光学领域，激光干涉仪可用于测量光学元件的表面形态和位移，以及光学系统的变形；在材料科学中，激光干涉仪可用于测量材料的热膨胀、压力变形等。
2. 工业制造在工业制造领域，激光干涉仪被广泛应用于检测和测量任务中。
例如，激光干涉仪可以用于检测零件的形状和尺寸，以确保制造过程的准确性和一致性。
此外，激光干涉仪还可以用于测量机械零部件的运动、振动和变形。
3. 医疗领域在医疗领域，激光干涉仪被应用于眼科手术和体内干涉成像。
在眼科手术中，激光干涉仪可以测量眼角膜的形态和厚度，以辅助眼科医生进行手术；在体内干涉成像中，激光干涉仪可以测量生物组织的纤维结构和表面形态，以帮助医生进行疾病诊断。
可调整光程的激光测长机
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第 激 光 工 程
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可 调 整 光 程 的 激 光 测 长 机
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雷尼绍激光干涉仪产品简介
apply innovationRENISHAW雷尼绍 XL-80 激光测量系统 • Renishaw简介 • 激光的介绍 • 激光干涉仪系统组件 • 雷尼绍激光干涉仪的测试原理 • 测量规格 • 典型案例分析 • 荣誉客户apply innovationRENISHAW简介• 雷尼绍公司在计量学和拉曼光谱仪器领域居世界领先地位。
总 部 (Renishaw plc) 位于英国伦敦西部的格劳斯特郡(Gloucestershire)。
她是一家 跨国公司，在世界各地有14家子公司。
中国大陆的业务由雷尼绍（香港）有限公司 归口负责。
• 30多年来，Renishaw一直是计量、即测量科学领域的创新者，实现了按照国际标准 进行测量。
在计量、运动控制、机器校准、牙科CAD/CAM及光谱学领域,Renishaw以 创新产品提高精度、效率和质量 • 机床测量和校准用的激光干涉仪和球感仪系统；高精度定位反馈编码器系统-servo 代理apply innovation基本概念 – 激光– 激光头输出的光束是正弦波的激光. 激光的波长是633nm 在雷尼绍XL-80激光 测试系统中。
Wavelength– 激光有以下3个重要特性： • 激光的波长是精确已知的可以被应用于高精度测量 • 激光的波长很短可以应用于高分辨率的测量 • 激光的相位是一致的，空间相干性apply innovationXL-80 系统组件XC-80USB - one sensor reading update every 7 secsXL-80LaserXLUSB - 50kHz fringe count data and statusNotebook PCQuickView XLapply innovationXL-80激光头性能指标系统精度(整个工作范围)±0.5ppm (0~40 ℃) 0.05ppm 0.001 um 4.0m/sec 50KHz 0 - 80 metres(在长距光学镜配合下)激光稳频精度 分辨率 最大测量速度 最高采样频率 测量范围 预热时间更短 激光信号强度指示灯～5分钟专利技术ABCDHapply innovationXL-80激光头性能指标• 外接电源• USB接口– Mini-USB 端口 – 标准USB电缆• DIP开关 & 辅助I/O端口– – – – 遥控触发 正交输出 模拟信号输出 长距离接收apply innovationXC-80补偿单元和传感器“智能”化传感器设计 • 通过RS485传送数字信号 • 可更换的传感器电缆 • 更快的刷新频率,每隔7秒 • 更紧凑的电缆接头设计 • 自降温设计空气湿度 空气压力精度: ±1.0 mbar 精度: ±6%空气温度精度: ±0.2 °C材料温度精度: ±0.1 °Capply innovationXC-80补偿单元和传感器• 激光的波长取决于光路中介质的折射率，空气折射率受环境的温度 、空气压力、相对湿度、材料温度等因素影响，所以renishaw开发 了XC-80补偿单元。
激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪原理介绍激光干涉仪（Interferometer）是一种基于干涉原理的精密测量仪器。
它利用激光的相干性和波动性，通过测量光程差或位相差的变化，可以对物体的长度、形状、表面质量等进行高精度的测量。
本文将介绍激光干涉仪的原理、构成和使用方法。
一、激光干涉原理激光干涉仪的基本原理是激光光束的干涉，干涉是指两个或多个波的叠加形成的干涉图案。
激光干涉仪一般是利用两束平行或近似平行的激光光束进行干涉。
当两束光束相遇时，由于光的波动性，会产生相长相消的干涉条纹。
根据干涉条纹的变化，可以测量物体表面的形状、光程差等。
二、激光干涉仪的构成1.激光器：激光干涉仪使用的激光器一般是氦氖激光器或半导体激光器，能够提供稳定的、单色、相干光源。
2.分束器：分束器是将激光光束分为两束平行的光束的光学元件，常用的分束器有半反射镜或分波镜。
分束器分为两个光路，一个称为参考光路，另一个称为测量光路。
3.反射镜：反射镜用于将分离出的两束光束反射回归并形成干涉。
反射镜一般被安置在待测物体的两端，将参考光束和测量光束反射回到检波器。
4.检波器：检波器用于测量干涉条纹的强度和位置。
常用的检波器有光电二极管和CCD相机等。
它将干涉图案转化为电信号，方便进行数据分析和处理。
三、激光干涉仪的使用方法1.相对干涉法：相对干涉法是通过比较两个物体之间的长度差异来测量物体的形状或表面质量。
在测量时，将待测物体和参考物体分别安置在两个光路中。
随后，根据两个干涉图案的变化，可以计算出两个物体之间的长度差异。
2.绝对干涉法：绝对干涉法是通过测量干涉图案中的位相差来进行测量。
在测量时，同时测量待测物体和参考物体表面的干涉图案。
通过分析两个干涉图案的位相差，可以计算出物体表面的形状和高度差。
应用领域：在制造业中，激光干涉仪常用于测量工件的形状、平整度和表面光洁度。
例如，在光学元件的制造中，可以使用激光干涉仪来精确测量元件的曲率和表面误差。
在科学研究中，激光干涉仪可用于测量物体的振动、变形和位移等动态过程。
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第41卷第8期红外与激光工程2012年8月Vol.41No.8Infrared and Laser Engineering Aug.2012可调整光程的激光测长机黄雷1，马宏1，窦艳红2，马钟焕2，杨璐3(1.长春理工大学光电工程学院，吉林长春130022；2.吉林省计量科学研究院几何量室，吉林长春130022；3.吉林东光精密机械厂，吉林长春130000)摘要：为进一步提高激光测长机的测量精度及可靠性，满足高精度长度尺寸的计量检定要求，研制了一种可调整光程的激光测长机。
采用激光干涉仪作为测量基准，结构设计符合阿贝原则，同时，可根据被测长度的大小调整激光干涉仪和测量组件的安装位置，提高了测量准确度。
并对影响激光测长机测量准确度的误差进行了不确定度分析。
实验结果表明，该激光测长机的测量准确度达到了±(0.5μm+1.5×10-6L)，测量重复性为0.2μm。
满足高测量精度及高可靠性等技术指标要求。
关键词：计量学；可调整光程；激光测长机；阿贝原则；直接测量中图分类号：TN249文献标志码：A文章编号：1007-2276(2012)08-2192-05Laser measuring machine of adjustable optical pathHuang Lei1,Ma Hong1,Dou Yanhong2,Ma Zhonghuan2,Yang Lu3(1.School of Optoelectronic Engineering,Changchun University of Science and Technology,Changchun130022,China;boratory of Geometry,Jilin Institute of Metrology,Changchun130022,China;3.Jilin Dongguang Precision Mechanism Factory,Changchun130000,China)Abstract:To improve the accuracy and reliability of laser measuring machine,a laser measuring machine of adjustable optical path,which adopted laser interferometer as measuring datum was developed.The system accorded to Abbe principle in structure.The size of the measuring length could be altered by adjusting the laser interferometer and its accessory.Thus,the measuring accuracy was improved.The uncertainty of error which affected laser measuring machine's accuracy was analyzed.The results show that,the accuracy of laser measuring machine gets to±（0.5μm+1.5×10-6L）,the measurement reproductivity is0.2μm.The system meets the technical requirements with high accuracy and high reliability.Key words:metrology;adjustable optical path;laser measuring machine;Abbe principle;direct measurement收稿日期：2011-12-17；修订日期：2012-01-19基金项目：国家863计划(2007AA701203)作者简介：黄雷(1982-)，男，工程师，博士，主要从事激光干涉仪及相关领域的研究工作。
Email:huanglei_mai@ 导师简介：马宏(1941-)，男，教授，博士生导师，主要从事光学精密仪器设计及相关领域的研究工作。
Email:93768351@第8期0引言随着精密机械技术的发展，越来越需要在大范围内，使测量准确度达到微米甚至更高的水平，并且对于检测效率和仪器维护成本都提出了较高的要求。
因此，激光测长机得到了广泛的应用[1]。
国内外许多科研人员投入了大量的精力研制出了以激光干涉仪为标准器的测长机。
如德国马尔公司的Precimar CiM型激光测长机以可靠性高、易于检测各种端面尺寸为特点。
中国计量院李建双等人研制的6m激光测长机可应用于各种大尺寸端面零件的检测。
但是，上述仪器均不符合阿贝原则，且激光光程不能根据被测长度的大小进行同步调整，限制了仪器的精度和可靠性[2]。
因此，研制了激光干涉仪作为测量基准的激光测长机(以下简称测长机)。
该测长机在符合阿贝原则的同时，可根据被测长度的大小，调整激光器和测量组件的安装位置，与激光器固定在测长机末端(2m处)的方法比较，减小了环境参数对测长机光程的影响，提高了测量准确度。
同时，研制了不同规格的测量附件，使测长机可以测量电感式线位移传感器、激光线位移传感器、拉线线位移传感器和标准量杆等高精度长度计量器具。
1测量装置1.1激光干涉仪原理激光干涉仪原理如图1所示。
从激光光源发射出标称波长为633nm的激光光束①，波长稳定性小于0.05×10-6。
光束通过线性干涉镜组件，被分成反射光束②和透射光束③。
这两束光经各自的线性反射镜反回线性干涉镜组件中，被探测器接收。
如果两束光的光程差发生变化，探测器将观察到相长干涉和相消干涉两端之间的信号变化[3]。
由此计算两光程差的变化。
测量的长度d可表示为：d=n×λ/2(1)式中：n为条纹数；λ为激光波长。
1.2测长机系统结构测长机由激光器、线性干涉镜组件、线性反射镜、测长机基座、头座、尾座和三维调整附件等组成，如图2所示。
图2测长机装置结构Fig.2Structure of laser measuring machine图2中：1为激光器；2为移动工作台；3为线性干涉镜组件；4为线性反射镜；5为三维调整附件6为尾座；7为调节转台；8为被测件；9为头座；10为高精度测头；11为基座；12为温度及空气传感器；13为计算机。
测量时，将移动工作台放置于测长机导轨上，将激光器固定在移动工作台上，用移动工作台的辅助装置对激光器进行位移和角度的微调整。
移动工作台在测长机导轨上的位置，可根据被测长度的大小进行调整，并保证线性干涉镜组件与线性反射镜保持最佳测量距离。
通过以上措施，在被测长度范围内，可大幅度减小环境参数对激光干涉仪光程的影响，进一步提高测长机的测量准确度。
在测长机尾座上安装线性反射镜及三维调整附件。
实际安装测量组件时，测量轴线与激光干涉仪光轴的重合性调整至1mm以下较为困难。
因此，设计了三维调整附件，如图3所示。
线性反射镜安装于三图1激光干涉仪原理Fig.1Principle of laser interferometer图3三维调整附件Fig.3Three-dimensional attachment黄雷等：可调整光程的激光测长机2193红外与激光工程第41卷维调整附件的可调平板上，使线性反射镜在横向、纵向和俯仰方向精确移动，保证测量轴线与激光干涉仪光轴的重合，使测量系统符合阿贝原则，并减小余弦误差。
对零装置使用分度值为0.01μm的数显电感测微仪，也可使用高精度线位移传感器代替。
2测长机测量结果不确定度分析以测量4等量块的中心长度为例，进行测长机测量结果不确定度的分析。
4等量块中心长度的测量不确定度为0.2μm+2×10-6L，为能够对其直接测量，需对测量中产生的各项误差进行分析，消除或减小其中影响较大的误差。
并根据分析结果，对各测长机各组成部分进行精度分配，以达到设计指标的要求。
现对优化后的测长机进行测量不确定度分析。
2.1激光干涉仪引入的不确定度分量μ1激光器测量组件可根据被测量块的尺寸大小，改变其光程，提高测量准确度[4]。
根据Edlen公式可得激光干涉仪位移量为[5]：L PTF=L+[93.0(T-20)-0.2683(P-101325)+0.0371(F-1333)]×10-8L(2)式中：L为激光干涉仪标称波长在测量环境下测得的位移值；T为光路平均温度，℃；P为光路气压，Pa；F为光路中空气水蒸气分压，Pa。
根据公式(2)，得激光干涉仪长度测量的误差为：δ1=0.5×10-6L(3)按正太分布计算：μ1=0.5×10-6L3≈0.17×10-6Lμm(4)2.2测头装置分辨力/重复性引入的不确定度分量u2（1）测头装置分辨力引入的不确定度分量u2a采用分度值为0.01μm的数显电感测微仪，由于为两次读数，则有：δ2=2姨×0.01≈0.02μm(5)该误差服从三角形分布，得：u2a=0.026姨≈0.01μm(6)（2）测头装置重复性引入的不确定度分量u2b采用长度为1000mm的3等量对激光测长机进行重复性实验，并计算实验标准偏差，如表1所示。
u2b=s=10i=1Σ(x i-x軃)210-1姨=0.11μm(7)因此，取u2=u2b=0.11μm。
表1重复性实验结果Tab.1Result of repeatability2.3测长机导轨直线度引入的不确定度分量u3线性反射镜具有使入射光束与反射光束反向平行且不受反射器顶点摆动影响的特性。
但当测长机导轨存在一定的直线性误差时，线性反射镜虽能保持出射光线和入射光线反向平行，但横移仍可对光程产生影响[6]。
当线性反射镜在移动过程中存在垂直于光轴的横移d，且入射光线与测量轴线有微小夹角θ时，将产生附加光程差，如图4所示。
O为线性反射镜的棱尖(角点)，P为参考线性反射镜角点在测量光路的像，以O点为空间坐标原点，z方向为测量轴线，入射光线与z轴夹角为θ。
图4线性反射镜横移简图Fig.4Sliding of linear mirror观察入射到角点P与O的光线，这两条干涉光线的程差是OP在光线投影的二倍。
设入射光线方向余弦为：l=sinθ·cosφm=sinθ·sinφ(8)n=cosθ式中：φ为光线在xoy面上的投影与ox轴的夹角。
于是程差为：No.Error/μm No.Error/μm10.2960.4920.2570.1730.2480.1340.3290.3350.17100.172194第8期△=2(lx o+my o+nz o)=2(x o sinθcosφ+y o sinθ·sinφ+z o cosθ）(9)若入射光与z轴平行(θ=0)时，在测量方向光线的光程差△0=2z o，则附加程差为：δ3=Δ-△0=2θ(xcosφ+ysinφ)-θ22△(10)由图4可知，在空间坐标系中，x0cosφ+ysinφ等于OP在光轴方向的投影d cos(φ-φ′)，则有：δ3=2θd cos(φ-φ′)-θ2Δ(11)式中：x0、y、z为OP在x、y、z方向上的投影；角θ一般很小，故θ2项可略，于是：δ3=2θd cos(φ-φ′)(12)式中：d是P点到z轴的距离，即横移。