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和三个入14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。当两干涉臂中入/4波片快轴（或慢轴）与X轴夹角相等且为45度时，两束光通过入

/4波片后均成为圆偏振光，反射后再次通过入/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$，根据公式：

式中：入为激光波长，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0，进而转换成光电信号的相位$，信号处理器的作用就是测量岀$，从而计算岀位移L o

垂直度的测量工具在一台机器

X *Y -

Mirror Y -

axi$

.1 : 1 beamspiitter

巳 31伽 unitWLMECX] /

Adjustable mount

Fiber optics coupling

M irror X -

axis

Interferometer X - axis

Interferometer

X 亠 axis LWL

\ ___ {Opficai fiber}

,M«asLin ng head cable 施工实例：多轴系统 .90^-neflecting mifTor

LWL X-axjs^— LWL

Y - axis

L7VL reference -J

图11-2 双频激光干涉仪的工作原理图

1.激光管

2.入14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 i 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+厶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 1=入/2 X 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。

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 度咼。

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 入/4波片变为 线偏振光。调 整入/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

|\

可iS

if StU

右

Sf

左

uC

f

、

直旅毬场

fgf

rags

(MJ

F

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。

3.

决定反射镜(Lin ear retroreflector

)安放位置，

并固定在机床上。

4.

选择透射镜(In terferometer )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。

可逆计数器

澈光器

计算机

运动方向

L1反竝镜

干涉徳

缶

图11-3 位移量测量原理图

图11-4 激光干涉仪的使用示意图

图11-5 位移测量示意图

&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血）。

数控机床工作轴移动的尺寸填入下表：

（1）实际测量工作台上给定点P i沿X运动轴单向的运动定位误差（i=0,l,2,3,4,5）曲线图

0 30 60 90 120 150 （mm

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