双频激光干涉仪测量-14页文档资料

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

f 1和f

2

，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f

2

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f 2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，f 1变成f 1 +△f，

因而光电元件8所得到的信号是(f 1+△f)-f 2。在可逆计数器中与参考信号

(f 1-f 2)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（Linear retroreflector ）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-850 FANUC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：

沿X运动轴单向的运动定位误差（1）实际测量工作台上给定点P

i

(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

0 30 60 90 120

150（m m ）

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P i 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

0 30 60 90 120

150（m m ）

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P j 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

0 30 60 90 120

150（m m ）

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。

（4）实际测量工作台上给定点P j 沿Y 运动轴反向的运动定位误差

（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：正向移动

0 30 60 90 120

1

5

（

m

m

）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。

沿Z运动轴单向的运动定位误差（5）实际测量主轴上给定点P

k

(k=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