激光干涉仪进行角度测量资料
激光干涉仪使用方法
用激光干涉仪系统进行精确的线性测量最佳操作及实践经验1简介本文描述的最佳操作步骤及实践经验主要针对使用激光干涉仪校准机床如车床、铣床以及坐标测量机的线性精度。
但是，文中描述的一般原则适用于所有情况。
与激光测量方法相关的其它项目，如角度、平面度、直线度和平行度测量不包括在内，用于实现0.1微米即0.1ppm以下的短距离精度测量的特殊方法（如真空操作）也不包括在内。
微米是极小的距离测量单位。
（1微米比一根头发的1/25还细。
由于太细，所以肉眼无法看到，接近于传统光学显微镜的极限值）。
可实现微米级及更高分辨率的数显表的广泛使用，为用户提供了令人满意的测量精度。
尽管测量值在小数点后有很多位数，但并不表明都很精确。
（在许多情况下精度比显示的分辨率低10-100倍）。
实现1微米的测量分辨率很容易，但要得到1微米的测量精度需要特别注意一些细节。
本文描述了可用于提高激光干涉仪测量精度的方法。
2光学镜组的位置光学镜的安放应保证其间距变化能够精确地反映待校准机器部件的线性运动，并且不受其它误差的影响。
方法如下：2.1使Abbe（阿贝）偏置误差降至最低激光测量光束应当与需要校准的准线重合（或尽量靠近）。
例如，要校准车床Z轴的线性定位精度，应当对测量激光光束进行准直，使之靠近主轴中心线。
（这样可以极大降低机床俯仰（pitch）或扭摆（yaw）误差对线性精度校准数据的影响。
2.2将光学镜组固定牢靠要尽量减小振动影响并提高测量稳定性，光学镜组应牢牢固定所需的测量点上。
安装支柱应尽可能短，所有其它紧固件的横截面都应尽量牢固。
磁力表座应直接夹到机床铸件上。
避免将其夹到横截面较薄的机器防护罩或外盖上。
确保紧固件表面平坦并没有油污和灰尘。
2.3将光学镜组直接固定在相关的点上材料膨胀补偿通常只应用在与测量激光距离等长的材料路径长度上。
如果测量回路还包括附加的结构，该“材料死程”的任何热膨胀或收缩或因承载而发生的偏斜都将导致测量误差。
激光干涉仪测量原理ppt课件
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环境补偿单元
Renishaw XC80环境补 偿单元的高性能可以保 证在0-40度环境温度范 围内，和650-1150 mbar的环境大气压范 围内得到最高的测量精 度。
空气压力 Accuracy: ±1.0 mbar
湿度 Accuracy: ±6%
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回转轴校准安装方式
➢ XR20安装在回转轴上 ➢ 角度分光镜固定在激
光头与XR20之间 ➢ 调整激光头、分光镜、
XR20在一条直线上
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激光及其特点 ➢ 激光输出可视为一束正弦波。
波长
➢激光具有三个重要特性：
•激光波长非常稳定，可以精密测量测量的要求。 •激光波长非常短，可以用于高精度测量。 •激光具有干涉特性。
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光的干涉
➢压力传感器和湿度传感器固定在XC-80环境补 偿单元内。一般情况下，无需测量光路紧邻区 域的气压或相对湿度。但是，相对湿度传感器 应当远离热源或气流。
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XL-80回转轴校准配置
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✓XL-80激光头 ✓三角架和云台 ✓角度测量镜组 ✓XR20回转轴校准组件 ✓计算机和软件
激光平面干涉仪说明书
一、用途激光平面干涉仪是一种使用方便的光学精密计量仪器，主要用于精密测量光学平面度。
仪器配有激光光源（波长为632.8nm）。
对于干涉条纹可目视、测量读数。
工作时对防震要求一般。
该仪器可应用与光学车间、实验室、计量室。
如需配购相关的必要附件，可精密测量光学平面的微小楔角、光学材料折射率n的均匀性，光学镀膜面或金属块规表面的平面度，90度棱镜的直角误差及角锥棱镜单角和综合误差。
二、主要数据1.第一标准平面（A面）,不镀膜。
工作直径：D1=φ146mm不平度小于0.02um2.第二标准平面（B面），不镀膜。
工作直径：D2=φ140mm不平度小于0.03um3.准直系统：孔径F/2.8，工作直径：D0=φ146mm焦距：f=400mm4.测微目镜：焦距f=16.7mm，放大倍数β=15X，视场角2W=40°，成像物镜：1.D=4.5 II.D=7 III.D=10F=15 f=23 f=375.工作波长：632.8nm6.干涉室尺寸：深260X宽300X190mm。
7.光源规格：激光ZN18（He-Ne）。
8.仪器的外形尺寸：长X宽X高350X400X720mm9.仪器重量：100公斤图一第一标准平面（A面）精度照片图二第二标准平面（B面）三、工作原理本仪器工作基于双光束等厚干涉原理。
根据近代光学的研究结果，光兼有波动与颗粒两重特性。
光的干涉现象是光的波动性的特性。
因此，介绍本节内容时，仅在光的波动性的范围内讨论，例如，把“光”称为“光波”，“平行光”称为“平面光”。
波长为的单色光经过仪器有关的光学系统后成为平面波M。
（如图三所示），经仪器的标准平面P1和被检系统P2反射为平面波M1和M2。
M1、M2即为两相干光波，重叠后即产生等厚干涉条纹。
等厚干涉原理能够产生干涉的光束，叫相干光。
相干光必须满足三个条件：1.震动方向必须一致，2.频率相等：3.光束必须相遇，且在相遇点处的相位差在整个时间内为一常量。
激光干涉仪实验报告
基于激光干涉仪的CA6140机床精度测量实验学院：姓名：学号：成绩：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。
激光干涉仪说明书Microsoft Word 文档
前言一、本次我们主要研究：如何检测机床的螺距误差。
因此我们主要的任务在于：1.应该使用什么仪器进行测量2.怎么使用测量仪器3.怎么进行数据分析4.怎么将测量所得的数据输入对应的数控系统二、根据第一点的要求，我们选择的仪器为：Renishaw 激光器测量系统，此仪器检测的范围包括：1.线性测量2.角度测量3.平面度测量4.直线度测量5.垂直度测量6.平行度测量线性测量：是激光器最常见的一种测量。
激光器系统会比较轴位置数显上的读数位置与激光器系统测量的实际位置，以测量线性定位精度及重复性。
三、根据第二点的解释，线性测量正符合我们检测螺距误差的要求。
因此，我们此次使用的检测方法——线性测量。
总结以上我们的核心在于：如何操作Renishaw 激光器测量系统结合线性测量的方法进行检测，之后将检测得到的数据进行分析，最后将分析得到的数据存放到数控系统中。
这样做的目的在于——提高机床的精度。
第二章、基础知识2.1 什么是螺距误差？开环和半闭环数控机床的定位精度主要取决于高精度的滚珠丝杠。
但丝杠总有一定螺距误差，因此在加工过程中会造成零件的外形轮廓偏差。
由上面的原因可以得知：螺距误差是指由螺距累积误差引起的常值系统性定位误差。
2.2 为什么要检测螺距误差？根据2.1节，检测螺距误差是为了减少加工过程中造成零件的外形轮廓偏差，即提高机床的精度。
2.3 怎么检测螺距误差？（1）安装高精度位移检测装置。
（2）编制简单的程序，在整个行程中顺序定位于一些位置点上。
所选点的数目及距离则受数控系统的限制。
（3）记录运动到这些点的实际精确位置。
（4）将各点处的误差标出，形成不同指令位置处的误差表。
（5）多次测量，取平均值。
（6）将该表输入数控系统，数控系统将按此表进行补偿。
2.4 什么是增量型误差、绝对型误差？①增量型误差增量型误差是指：以被补偿轴上相邻两个补偿点间的误差差值为依据来进行补偿②绝对型误差绝对型是误差是指：以被补偿轴上各个补偿点的绝对误差值为依据来进行补偿2.5 螺距误差补偿的原理是什么？螺距误差补偿的基本原理就是将数控机床某轴上的指令位置与高精度位置测量系统所测得的实际位置相比较，计算出在数控加工全行程上的误差分布曲线，再将误差以表格的形式输入数控系统中。
激光测角技术
激光测角技术综述：光学测角法由于具有测量准确度高和非接触测量的特点，在角度测量中得到了越来越广泛的应用，而且在某些场合下正在逐渐取代机械式和电磁式测量方法。
本文介绍了几种激光测角技术的原理及发展方向。
正文：根据所测角度的大小，激光测角技术可以分为小角度测量和任意角度测量。
一、激光小角度测量技术1.光学自准直法自准直法就是在光学上使物体和像分别位于共轭平面上。
当物体发生转动时，物体在像面上所成的像点也随之发生移动，以光束投射到被测物体上，通过测量像点的移动量便可以求出物体转动的角度。
如下图所示，以准直激光作为入射光，经扩束后照射到被测物体上，光束被反射后经分束器由透镜2会聚到位置探测光电二极管上，测出物体转动前后反射到位置探测二极管上的光斑位移，根据位移与探测器到被测物间的距离之比，便可得到物体的转动角度。
自准直法原理简单，操作方便、易行。
测量分辨率与透镜2焦距有关，焦距越长分辨率越高，但透镜焦距过长就会产生仪器笨重和所占空间增大的问题；若对场地没有限制或精确度要求不是特别高，应用较为方便，可用于粗调激光谐振腔的平行等。
基于光学自准直法测角仪的测量范围一般都很小，通常在几分至几十分之间，测量可靠性和测量精度也不是很理想。
2.利用光学内反射原理进行小角度测量内反射法小角度测量技术就是利用全反射条件下入射光变化时反射率的变化关系，通过反射率的变化来测量入射角的变化的。
内反射法是由P.S.Huang等人提出来的，基本原理如下图左所示。
用该方法制成的测角仪体积可以做得很小，因此特别适用于较小空间中小角度的在线测量，可以做成抽珍式测角仪。
P.S.Huang等人还在此基础上制成了多次反射型临界角角度传感器，用加长的临界角棱镜代替图3的直角棱镜以增加反射次数，如下图右所示。
该仪器结构简单，成本低。
但其测量范围也很小，因此只能用于小角度测量，3弧分范围内分辨力为0．02弧秒。
台湾的Ming Hongchin等人在此原理的基础上，提出了全内反射外差干涉测角方法。
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。
激光干涉测量技术
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只用一个角锥棱镜反射器作动镜还可以组成图(d)所示的 双光束干涉仪，它也是一种较理想的光路布局，基本上不 受镜座多余自由度的影响，而且光程增加一倍。 (2)整体式布局 这是一种将 多个光学元件结合在一起，构 成一坚固的组合结构的布局。 如右图所示，立方体分光器上 蒸镀了其他元件。整个系统对 外界的抗干扰性较好，抗动镜 多余自由度能力强，测量灵敏 度提高一倍。但这种布局调整 起来不方便，对光的吸收较严 重。 1.立方体分光器;2.移动反射镜
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(4)零光程差的结构布局 在干涉仪中，为使初始光程差 不随环境条件的变化而变化，常采用参考臂Lc和测量臂Lm相 等，并使两臂布置在仪器同一侧的结构形式。此时，干涉仪 的初始光程差Lm-Lc=0，即所谓的零光程差结构形式，如图所 示。这种结构布局可以提高干涉仪的测量精度。
(a)测量时测量光路光程增加；(b)测量时测量光路减小
式中，nj、ni分别为干涉仪两支光路的介质折射率：li，lj 分别为干涉仪两支光路的几何路程差。若把被测件放入 干涉仪的一支光路中，干涉仪的光程差将随着被测件的
位置与形状而变，干涉条纹也随之变化，测量出干涉条
纹的变化量，便可直接获得l或n，还可间接获得l或n有关
的各种被测信息。
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激光干涉测量长度和位移
二、测量系统组成
激光干涉测量仪的主要部分有：激光干涉仪系统、干涉条纹 计数和处理测量结果的电子系统及机械系统。 (一)干涉仪系统 干涉仪系统主要包括光源、分束器和反射器。 1.激光干涉仪常用光源 因为He-Ne激光器输出激光的频率和功率稳定性高，它以 连续激励的方式运转，在可见光和红外光区域里可产生多种波 长的激光谱线，所以，He-Ne激光器特别适合作相干光源； 2.干涉仪将一束光分为两束或几束的方法 (1)分波阵面法 激光器发出的光经准直扩束后，得到一平而 光波的波阵面。利用有微小夹角的两反射镜Ml和M2(菲涅尔双 面镜)的反射，将光波的波阵面分为两部分，然后使二者在屏幕 P相遇，在屏上出现明暗相间的干涉条纹，如下图(a)所示。 (2)分振幅法 把一束光分成两束以上的光束，它们全具有原 来波的波前，但振幅减小了。如迈克尔逊干涉仪。常用的分光 器有：平行平板分光器和立方体分光器．如下图(b)所示
牛顿环实验中的角度测量提高实验精度的方法
牛顿环实验中的角度测量提高实验精度的方法牛顿环实验是一种常见的测量薄透镜曲率半径的实验方法。
在进行这一实验过程中，角度测量是非常重要且关键的一步。
本文将介绍一些可以提高实验精度的角度测量方法。
一、背景介绍牛顿环实验是通过在透明平凸透镜和平凹透镜之间形成干涉环，并观察和测量干涉环的半径来确定薄透镜的曲率半径。
而角度测量是实验的核心环节之一，直接影响测量结果的精确度和准确性。
二、角度测量方法1. 望远镜法望远镜法是一种传统而常用的牛顿环实验角度测量方法。
它利用望远镜对干涉环的观察，通过调整镜筒转动的角度，使干涉环在镜筒水平方向移动一定距离，再用米尺测量移动的距离，从而计算出旋转的角度。
这种方法精度较低，主要是由于对人眼的观察和读数精度的限制。
2. 干涉图像处理随着计算机技术的进步，干涉图像处理方法被广泛应用于牛顿环实验中的角度测量中。
通过数字图像处理技术，可以将干涉图像转化为数字图像，然后使用图像处理软件进行测量和分析。
这种方法可以提高实验的准确性和可重复性。
3. 光电检测器法光电检测器法是一种利用光电传感器对干涉环信号进行测量的方法。
通过光电检测器检测干涉环的强度变化，进而得到角度信息。
这种方法具有高精度、高灵敏度和快速测量的特点，适用于需要高精度角度测量的实验。
4. 激光干涉仪法激光干涉仪法是一种高精度的角度测量方法。
它利用激光干涉的原理，通过测量干涉环的光程差来确定角度。
这种方法具有测量精度高、分辨率高、稳定性好的特点，在一些精密实验中得到广泛应用。
三、实验精度的影响因素除了选择合适的角度测量方法外，还有一些其他因素会影响牛顿环实验的精度。
1. 光源选择光源的选择对实验精度有很大影响。
一般情况下，使用单色光源（如氦氖激光器）可以减小干涉环的失真和形状畸变，提高测量结果的准确性。
2. 实验环境实验环境的稳定性对实验结果的精度也具有重要影响。
保持实验装置的稳定，避免振动和温度变化等因素的干扰，可以提高实验的准确性。
双频激光干涉仪测量
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f l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7.10.12.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f l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。
激光干涉资料
02
生物医学：激 光干涉技术将 在生物医学领 域发挥更大的 作用，如生物 组织成像、细 胞检测与分选
等
03
CREATE TOGETHER
DOCS
谢谢ห้องสมุดไป่ตู้看
THANK YOU FOR WATCHING
激光干涉实验的误差分析与优化
01
误差来源分析：分析实验中可能产生的误差来源，如激光光源的稳定性、干涉仪的调节精度等
02
误差优化方法：采取相应的方法优化实验条件，减小误差，如提高激光光源的稳定性、精确调节干涉仪等
03 实验重复性：通过多次实验，评估实验结果的重复性，提高实验的可靠性
激光干涉实验的数据处理与分析
激光干涉技术面临的挑战与解决方案
技术挑战：如激光光源的稳定性、干涉 仪的调节精度、环境噪声等
解决方案：如提高激光光源的稳定性、 精确调节干涉仪、采用噪声抑制技术等
激光干涉技术的未来应用前景
精密测量：激 光干涉技术将 在精密测量领 域发挥更大的 作用，如纳米 技术、量子技
术等领域
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光学检测：激 光干涉技术将 在光学检测领 域发挥更大的 作用，如光学 元件检测、光 学材料特性检
激光干涉在光学检测中的应用
薄膜厚度测量：利用激光干涉仪测量 薄膜的厚度，具有非常高的精度
光学表面质量检测：利 用激光干涉仪检测光学 表面的质量，如表面粗
糙度、表面形貌等
• 如光学干涉仪可用于测量半导体 薄膜、光学薄膜的厚度等 • 如光谱干涉仪可用于测量薄膜的 光学常数、折射率等
• 如激光干涉仪可用于检测光学透 镜、光纤的表面质量 • 如激光共焦显微镜可用于检测生 物细胞、纳米材料表面的形貌等
CREATE TOGETHER
Laser_Interferometry_激光干涉仪原理及应用概述_SC
干涉测量法的原理
干涉测量法的原理
角锥反射镜
• 角锥反射镜通常由玻璃制成，经打磨和抛光后形成“三面直角棱镜” • 它有一个很有用的特性 — 总是将输入光束以平行于来光的方向反射回去 • 这使光束准直过程简单易行，并确保测量光束和参考光束在叠加时保持平行
8 输入光束
反射光束
中心 • 每天24小时 /每周 7天不间断运行
代表处所在地
匈牙利 • 马来西亚 • 泰国 • 土耳其
另有 .... 超过61个经销商分布在45个国家/地区
董事会主席兼首席执行
官David McMurtry爵士 （上）、董事会副主席
John Deer（中）、所发 明的三维测头及相关专利
（左） 2
全球计量行业的领先者
偏振分光镜
加热器线圈
光敏二极管
线性干涉原理
控制电子元件 (B) 固定角锥反射镜
(C) 移动角锥反射镜
(A) 分光镜 输入光束 参考光束
测量光束 叠加光束
注：干涉镜分很多种：为简单起见，这里所述的是线性角锥反射镜系统。
• 激光头发出的光被分光镜 (A) 分成两束光 • 大约一半激光被射到固定角锥反射镜 (B) 上，形成参考光束。另一半激光射到移动角锥反射
• 通过专利创新技术实现有 机增长
• 1983年上市
Renishaw的商业策略
• 我们致力于通过不断开发专利产品 和创新的制造技术
• 我们是世界公认的自动化、航天和 零部件制造业的领导者和贡献者
• 在牙科、医学、电子和半导体市场 的份额不断增长
• 在截至2006年6月的财政年度销售 额逾1.75亿英镑
循环（明－暗－明） • 通过计算这些循环来测量移动 • 通过在这些循环之间进行相位细分，实现更高分辨率 (1 nm) 的测量
实验二 双频激光干涉实验
实验二 双频激光干涉实验一、 实验目的了解双频激光干涉测量原理，设计测量长度与角度的干涉系统，并且比较一般干涉测量与双频激光干涉测量的异同。
二、 实验原理1. 测长原理如图1所示：其中L1 为稳频的激光器，Mm 、Mr 为两个全反射组件，P1、P2 为检偏器，D1、D2 为光电探测 器。
Mm 固定在被测物体上。
输出激光含频差为f ∆的两正交线偏振光分量1f 、2f 。
输出光经分光镜 BS 后，一 部分光被反射，经检偏器 P 1, 两频率分量干涉产生拍频，该信号被光电探测器D1 接 收，形成参考信号 Sr 。
透射光经线性干涉仪后，1f 、2f 被分开， 1f 进入参考臂，2f 进入测量臂，由两角锥棱镜反射返回后，在线性干涉仪上会合，经检偏器 P2 后发生干 涉，光电探测器 D2 接收干涉信号，形成测量信号 Sm 。
此时如果测量镜以速度v 移动，则1f 的返回光频率发生变化，成为1D f f +∆,D f ∆为多普勒频差，1D f f +∆通过线性干涉仪与2f 的返回光会合，经检偏后，其拍频被光电 探测器 D2 接收，Sr ，Sm 经前置放大后进入计算机进行计数。
计算机对两路信号进行比较，计算其差值±D f ∆。
进而按下式计算动镜的速度ϑ和移动的距离得出所测的长度 L 。
设在测量中动镜的移动速度v （这里v 可以随时间变化），则由多普勒效应引起的频差变化为：122D v v f f c λ∆== (1-1) 式中：1f 激光频率，c 光速，λ波长，D f ∆为动镜移动时，由它反射回来的光频率 的变化量，也就是经计算机比较计算出来的两路信号的差值。
设动镜的移动距离为D ，时间为t 则：000()222t t t D D D vdt f dt f dt N λλλε==∆⋅=∆⋅=+⎰⎰⎰ (1-2)N ε+为测量过程中动镜下的条纹数（N 为整数部分，ε为小数部分）。
00()t tD D N f dt f dt ε+=∆⋅=∆⋅∑⎰ （1-3）所以，位移D 的计算公式为：()2D N λε=+ (1-4)2. 测角原理如图2所示：如图，基于正弦尺的原理，利用角度干涉仪和角度靶镜，双频激光干涉仪就可以进行角度测量。
双频激光干涉仪测量
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f l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7.10.12.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f l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。
激光干涉测量技术
干涉条纹的形成
分波面干涉
通过分波面干涉，将一束激光分成两束或多束相 干光波，使它们在空间中相遇。
固定பைடு நூலகம்程差
为了形成稳定的干涉条纹，需要保证两束光的光 程差保持恒定。
干涉图样的形成
当两束相干光波相遇时，它们的光程差会导致光 波的相位差，从而形成明暗交替的干涉图样。
激光干涉测量技术
contents
目录
• 激光干涉测量技术概述 • 激光干涉测量技术的基本原理 • 激光干涉测量技术的分类 • 激光干涉测量技术的应用实例 • 激光干涉测量技术的发展趋势与挑战
01 激光干涉测量技术概述
定义与特点
定义
激光干涉测量技术是一种基于光 的干涉现象进行长度、角度等物 理量测量的高精度测量技术。
相位等参数。
通过将激光束反射到被测物体上， 并观察干涉条纹的变化，可以精
确测量物体的振动情况。
这种技术广泛应用于机械、航空 航天、汽车和能源等领域，用于 监测设备的运行状态和评估结构
的稳定性。
光学元件检测
激光干涉技术可以用于检测光 学元件的质量和性能，如透镜、 反射镜和光栅等。
通过测量干涉条纹的数量和分 布，可以评估光学元件的表面 质量和光学性能。
该技术具有更高的测量精度和更大的 测量范围，适用于大型结构、长距离 和高精度测量。
光学多普勒激光干涉测量技术
光学多普勒激光干涉测量技术是利用多普勒效应和干涉现象 相结合的原理，通过测量激光束在运动物体表面反射后产生 的多普勒频移来测量物体的速度、位移和振动等参数。
该技术具有高精度、高灵敏度和实时性的优点，广泛应用于 流速测量、振动分析、表面形貌测量等领域。
激光干涉仪角度、垂直度、直线度、平面度测量原理
激光干涉仪角度、垂直度、直线度、平面度测量原理激光干涉仪是一种利用光的干涉原理进行高精度测量的仪器。
以下是激光干涉仪在角度、垂直度、直线度和平面度测量中的原理：1.角度测量原理：当角度反射镜旋转或移动产生角摆时，两束反射光会有相对应的光程差产生。
激光干涉仪采集到该光程差的干涉信号，经过运算处理，即可得出对应的角度值。
这种技术主要应用于运动轴的角摆测量和转轴的旋转角度测量。
2.垂直度测量原理：垂直度测量是通过比较正交轴的直线度值从而确定正交轴的非直角度。
例如，三坐标测量机的垂直度误差可能由导轨磨损、事故造成导轨损坏、机器地基差、正交轴上两原点传感器未准直等因素造成。
垂直度误差将对机器的定位精度及插补能力产生直接影响。
SJ6000激光干涉仪以光波为载体，在动态测量软件的配合下，可实现三坐标测量机的垂直度检测分析。
3.直线度测量原理：通过检测光路与干涉镜和反射镜之间的横向位移，可以得到导轨相对于激光光路参考线的直线度误差。
这可以在水平面或垂直面上进行，取决于直线度干涉镜和反射镜的布置。
激光干涉仪的直线度测量组件包括LH2000激光测头、直线度光学镜组、直线度测量附件和LaserLC测量软件。
数据采集方法通常涉及使待测机床轴移动到若干个不同位置（或“目标”），然后测量直线度误差。
4.平面度测量原理：激光干涉仪中的一束光经过分束器分成两束光线，经过不同的光路后重合在屏幕上形成干涉条纹。
根据干涉条纹的形状和变化，可以获得被测物体表面的形状、位移和平面度等信息。
在测量平面度时，首先在被测试的表面上涂抹一层反光涂料，以便激光光线能够被反射回来形成干涉条纹。
然后将激光干涉仪垂直于被测表面，调整其位置和角度，使得激光光线能够正常照射到被测表面上。
通过观察和记录干涉条纹的图案，可以确定表面的平整度和精度。
请注意，这些测量原理都依赖于激光干涉技术，它利用光的干涉现象来测量物体的几何特性。
激光干涉仪具有高精度和高灵敏度的特点，因此在工业测量和质量控制等领域中得到了广泛应用。
第二章 激光干涉测量技术详解
§2.1 激光干涉测量长度和位移 一、干涉测长的基本原理
当
2
2
(n1l1 n2l2 ) 2k
合成干涉光光强最亮
合成干涉光光强最弱
当
(n1l1 n2l2 ) (2k 1)
把目标反射镜与被测对象固联，参考反射镜固定不动，当目标 反射镜随被测对象移动时，两路光束的光程差发生变化，干涉 条纹将发生明暗交替变化。若用光电探测器接收某一条纹，当 被测对象移动一段距离时，该条纹明暗变化一次，光电探测器 输出信号将变化一个周期，记录信号变化的周期数，便确定了 被测长度 所以激光干涉测量一般是: 1. 相对测量 2. 增量式测量 3. 中间过程不可忽略，要监视整个测量的过程
常用移相器种类 （1）机械法移相
通过倾斜参考镜形成等厚干涉条纹
（3）光学倍频 缺点： 调整困难，对光学元
件性能要求高，界面多导致光 能损失大，而且使光的偏振态 发生不应有的变化。
(二)干涉条纹计数与测量结果处理系统 1.移相器
干涉条纹计数的要求： 能够判断方向；为提高分辨率，需要对干涉条纹进行细分。
这样需要相位相差90度的两个电信号输出，即一个按光程正 弦变化，一个余弦变化
干涉光强
I A 2 AB cos B
2
2
光的相位与走过的光程有关：
A cos(t ) B cos(t 0 2
光程差
nl )
ni li n j l j
i 1 j 1
N
N
通过测量干涉条纹的变化量，可直接获得l或n，还可直接获 得与l和n有关的各种被测信息
菲涅耳双棱镜干涉装置
梅斯林干涉装置
特点：存在条纹亮度和条纹对比度之间的矛盾，一
激光干涉仪进行角度测量资料
激光干涉仪进行角度测量SJ6000激光干涉仪产品采用美国进口高稳频氦氖激光器、激光双纵模热稳频技术、高精度环境补偿模块、几何参量干涉光路设计、高精度激光干涉信号处理系统、高性能计算机控制系统技术，实现各种参数的高精度测量。
通过激光热稳频控制技术，实现快速(约6分钟)、高精度(0.05ppm)、抗干扰能力强、长期稳定性好的激光频率输出，采用不同的光学镜组可以测量出线性、角度、直线度、平面度和垂直度等几何量，并且可以进行动态分析。
SJ6000激光干涉仪产品具有测量精度高、测量速度快、最高测速下分辨率高、测量范围大等优点。
通过与不同的光学组件结合，可以实现对直线度、垂直度、角度、平面度、平行度等多种几何精度的测量。
在相关软件的配合下，还可以对数控机床进行动态性能检测，可以进行机床振动测试与分析，滚珠丝杆的动态特性分析，驱动系统的响应特性分析，导轨的动态特性分析等，具有极高的精度和效率，为机床误差修正提供依据。
激光干涉仪角度测量方法1.1.1. 角度测量构建与线性测量原理一样，角度测量需要角度干涉镜和角度反射镜，并且角度反射镜和角度干涉镜必须有一个相对旋转。
相对旋转后，会导致角度测量的两束光的光程差发生变化，而光程差的变化会被SJ6000激光干涉仪探测器探测出来，由软件将线性位置的变化转换为角度的变化显示出来。
图 1-角度测量原理及测量构建图 2水平轴俯仰角度测量样图图 3-2水平轴偏摆角度测量样图1.1.2. 角度测量的应用1.1.2.1. 小角度精密测量激光干涉仪角度镜能实现±10°以内的角度精密测量。
图 4-小角度测量实例1.1.2.2. 准直平台/倾斜工作台的测量由于角度镜组的不同安装方式，其测量结果代表不同方向的角度值。
您可以结合实际需要进行安装、测量。
图 5-水平方向角度测量图 6-垂直方向角度测量在垂直方向的角度测量中，角度反射镜记录下导轨在不同位置时的角度值，可由软件分析导轨的直线度信息，实现角度镜组测量直线度功能。
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激光干涉仪进行角度
测量
SJ6000激光干涉仪产品采用美国进口高稳频氦氖激光器、激光双纵模热稳频技术、高精度环境补偿模块、几何参量干涉光路设计、高精度激光干涉信号处理系统、高性能计算机控制系统技术，实现各种参数的高精度测量。
通过激光热稳频控制技术，实现快速(约6分钟)、高精度(0.05ppm)、抗干扰能力强、长期稳定性好的激光频率输出，采用不同的光学镜组可以测量出线性、角度、直线度、平面度和垂直度等几何量，并且可以进行动态分析。
SJ6000激光干涉仪产品具有测量精度高、测量速度快、最高测速下分辨率高、测量范围大等优点。
通过与不同的光学组件结合，可以实现对直线度、垂直度、角度、平面度、平行度等多种几何精度的测量。
在相关软件的配合下，还可以对数控机床进行动态性能检测，可以进行机床振动测试与分析，滚珠丝杆的动态特性分析，驱动系统的响应特性分析，导轨的动态特性分析等，具有极高的精度和效率，为机床误差修正提供依据。
激光干涉仪角度测量方法
1.1.1. 角度测量构建
与线性测量原理一样，角度测量需要角度干涉镜和角度反射镜，并且角度反射镜和角度干涉镜必须有一个相对旋转。
相对旋转后，会导致角度测量的两束光的光程差发生变化，而光程差的变化会被SJ6000激光干涉仪探测器探测出来，由软件将线性位置的变化转换为角度的变化显示出来。
图 1-角度测量原理及测量构建
图 2水平轴俯仰角度测量样图图 3-2水平轴偏摆角度测量样图1.1.2. 角度测量的应用
1.1.
2.1. 小角度精密测量
激光干涉仪角度镜能实现±10°以内的角度精密测量。
图 4-小角度测量实例
1.1.
2.2. 准直平台/倾斜工作台的测量
由于角度镜组的不同安装方式，其测量结果代表不同方向的角度值。
您可以结合实际需要进行安装、测量。
图 5-水平方向角度测量
图 6-垂直方向角度测量
在垂直方向的角度测量中，角度反射镜记录下导轨在不同位置时的角度值，可由软件分析导轨的直线度信息，实现角度镜组测量直线度功能。