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行业新闻

激光干涉仪的原理与应用

来源: 时间:2019-03-13 09:44:21 次数:

激光干涉仪介绍:

激光具有高强度、高度方向性、空间同调性、窄带宽和高度单色性等优点。目前常用来测量长度的干涉仪,主要是以迈克尔逊干涉仪为主,并以稳频氦氖激光为光源,构成一个具有干涉作用的测量系统。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。

英文名称:laser interferometer(激光干涉仪)


激光干涉仪有单频的和双频的两种。 

单频激光干涉仪

从激光器发出的光束,经扩束准直后由分光镜分为两路,并分别从固定反射镜和可动反射镜反射回来会合在分光镜上而产生干涉条纹。当可动反射镜移动时,干涉条纹的光强变化由接受器中的光电转换元件和电子线路等转换为电脉冲信号,经整形、放大后输入可逆计数器计算出总脉冲数,再由电子计算机按计算式[356-11]式中λ为 激光波长(N 为电脉冲总数),算出可动反射镜的位移量L。使用单频激光干涉仪时,要求周围大气处于稳定状态,各种空气湍流都会引起直流电平变化而影响测量结果。

双频激光干涉仪

激光干涉仪 激光干涉仪

在氦氖激光器上,加上一个约0.03特斯拉的轴向磁场。由于塞曼分裂效应和频率牵引效应, 激光器产生1和2两个不同频率的左旋和右旋圆偏振光。经1/4波片后成为两个互相垂直的线偏振光,再经分光镜分为两路。一路经偏振片1后成为含有频率为f1-f2的参考光束。另一路经偏振分光镜后又分为两路:一路成为仅含有f1的光束,另一路成为仅含有f2的光束。当可动反射镜移动时,含有f2的光束经可动反射镜反射后成为含有f2 ±Δf的光束,Δf是可动反射镜移动时因多普勒效应产生的附加频率,正负号表示移动方向(多普勒效应是奥地利人C.J.多普勒提出的,即波的频率在波源或接受器运动时会产生变化)。这路光束和由固定反射镜反射回来仅含有f1的光的光束经偏振片2后会合成为f1-(f2±Δf)的测量光束。测量光束和上述参考光束经各自的光电转换元件、放大器、整形器后进入减法器相减,输出成为仅含有±Δf的电脉冲信号。经可逆计数器计数后,由电子计算机进行当量换算(乘 1/2激光波长)后即可得出可动反射镜的位移量。双频激光干涉仪是应用频率变化来测量位移的,这种位移信息载于f1和f2的频差上,对由光强变化引起的直流电平变化不敏感,所以抗干扰能力强。它常用于检定测长机、三坐标测量机、光刻机和加工中心等的坐标精度,也可用作测长机、高精度三坐标测量机等的测量系统。利用相应附件,还可进行高精度直线度测量、平面度测量和小角度测量。

应用:


(1)几何精度检测 可用于检测直线度、垂直度、俯仰与偏摆、平面度、平行度等。
(2)位置精度的检测及其自动补偿 可检测数控机床定位精度、重复定位精度、微量位移精度等。利用雷尼绍ML10激光干涉仪不仅能自动测量机器的误差,而且还能通过RS232接口自动对其线性误差进行补偿,比通常的补偿方法节省了大量时间,并且避免了手工计算和手动数控键入而引起的操作者误差,同时可最大限度地选用被测轴上的补偿点数,使机床达到最佳精度,另外操作者无需具有机床参数及补偿方法的知识。
(3)数控转台分度精度的检测及其自动补偿 现在,利用ML10激光干涉仪加上RX10转台基准还能进行回转轴的自动测量。它可对任意角度位置,以任意角度间隔进行全自动测量,其精度达±1。新的国际标准已推荐使用该项新技术。它比传统用自准直仪和多面体的方法不仅节约了大量的测量时间,而且还得到完整的回转轴精度曲线,知晓其精度的每一细节,并给出按相关标准处理的统计结果。
(4)双轴定位精度的检测及其自动补偿 雷尼绍双激光干涉仪系统可同步测量大型龙门移动式数控机床,由双伺服驱动某一轴向运动的定位精度,而且还能通过RS232接口,自动对两轴线性误差分别进行补偿。
(5)数控机床动态性能检测 利用RENISHAW动态特性测量与评估软件,可用激光干涉仪进行机床振动测试与分析(FFT),滚珠丝杠的动态特性分析,伺服驱动系统的响应特性分析,导轨的动态特性(低速爬行)分析等。



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