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ZYGO干涉仪使用说明

ZYGO干涉仪使用说明
ZYGO干涉仪使用说明

1目的

为了使员工正确熟悉的使用ZYGO干涉仪。本文详细说明了如何使用ZYGO 干涉仪来测试晶体的平行度、波前、平面度等指标。

2范围

本文件涉及用ZYGO 干涉仪检测平面元件的一般方法。

3 录取数据

在检验过程中将会生成以下记录:

3.1干涉图(保存文件名为*.Tif),在实时窗口上点击FILE-SA VE保存。

3.2测试数据(保存文件名为*.Dat),测试完成后点击SA VE DATE保存。

4 Zygo干涉仪的定义

4.1 应用(application)

应用是ZYGO 干涉仪中一系列功能的组合,保存为后缀名为“*.app”的文件。不同的应用用于不同项目的测量。比较常用的是GIP.app 用于一般的平面和球面的测量,GPI-Cylinde.app 用于柱面面形的测量,Angle.app用于平行角度的测试。

4.2 猫眼像(cateye)

又称为标准镜的像。标准镜的出射光在焦点处被返回时出现的干涉条纹,是透过干涉仪的光线与和它对称的标准面之间的干涉图形。

4.3 镜片像

从标准镜出射的光在整个零件表面被原路反射回来与标准面的反射光发生干涉产生的干涉图形。包含待测零件的表面或波前信息,是面形检测的主要信息来源。

4.4 升降台

可以升降的平台,带有小倾角调节功能,一般用于放置平面元件。

4.5 Align/View 模式

按下控制盒上的align/view 切换的2 个模式之一。align模式可以看到一个黑色固定的十字线和反射回干涉仪的光点,一般用于零件对准,特点是视场较大。View 模式是按下控制盒上的align/view 切换的2 个模式之一,可以看到干涉条纹,特点是放大率较高,但是视场较小。一般在align界面对准后在view界面观察条纹。

4.6 标准镜

干涉仪上使用的参考表面,用于生成理想的平面、球面波,作为测量基准。

4.7 长度基准

设定图像的长度基准,因为放大率不同或者屈光度不同,同样大小的干涉图所代表的零件大小可能有很大的差异。设定长度基准的目的就是告诉干涉仪图形中的一段长度相当于镜片中长度的多少,方便控制测量区域和设定掩膜。

4.8 掩膜(mask)

表明干涉图中有效区域的工具。可以根据需要设定有效区域的形状、大小、位置,也可以从有效区域中挖去一部分不需要的。

5 职责

主要包括以下几个方面:

5.1 zygo干涉仪使用和维护部门为品管部。品管部经理负责保证过程实施所需的培训及资源。

5.2 按照校准计划对设备定期检定。

5.3 指定的仪器使用者需保证使用过程按按照操作规程操作仪器。

5.4 定期对设备进行保养。

6 操作主要内容.

6.1开机

依次开启ZYGO显示器电源,机箱控制面板上电源按钮:MASTER、MONITOR、AUX1、AUX2,以及干涉仪主机箱右侧下方POWER。

6.2运行程序

进入Windows 后,双击桌面上的Metropro.exe (如图一)操作软件,运行程序,进入ZYGO测试操作桌面。启动完成后会自动进入GPI.app,如果没有,关闭当前的窗口,待其缩小为按钮后,在应用选择窗口中点击相应的应用。

图一

6.3平行度测试

主要测试步骤如下:

6.3.1按监视器遥控器上的显示切换键(ALIGN/VIEW),使监视器处于排列状态。扭动参考反射镜上方的调节旋钮,调整镜面方向,使得反射镜反射回的最亮光斑与十字分划线交点重合。完成后,按遥控器上的显示切换键(ALIGN/VIEW),使监视器处于浏览状态。双击ZYGO测试操作桌面中angle.app 按钮进入平行测试操作界面。

6.3.2调整好后将待测晶体放置到样品支架上,通过观察监视器调整晶体,使晶体垂直于测试光(监视器中晶体边缘清晰可见。)

6.3.3点击操作界面左下角Measure Controls 对话框中的Refractive index, 录入待测晶体的折射率(选择632.8nm时对应晶体的折射率,如图二),按回车键确定。

图二

6.3.4点击测试界面左上角的Calibrate按钮,在弹出的对话界面中点击Fringe 按钮,对话框中图像显示会进行更新,锁定并显示监视器中画面。使用鼠标标记晶体通光面宽度,在弹出的对话框中,录入晶体通光面宽度,按回车键确定。

6.3.5点击测试界面中左上角Mask Data按钮(如图三、四所示), 在弹出的有动态图像的对话框中,首先从下部选项中选择晶体外形标定(例如正方形则选择square)。在动态图像中,使用鼠标准确标定待测晶体,要求标定范围不能超出晶体。并在动态图像上方无晶体的空间内,选择与待测晶体规格相近的区域,此区域将作为参考区域。

图三

然后,点击下部选项中的BG Inc 使该按钮变为BG EXC ,锁定选择区,点击Define ,定义Acq 。之后点击Test ,选择Unfill ,去除最后标定的参考区域,

图四

点击Define ,定义Test (晶体测试区域)。再点击Ref ,选择Fill ,添加最后标定的参考区域,点击Pick ,然后用鼠标点击待测晶体区域边框,选择Unfill ,去除晶体待测区域,点击Define ,定义Ref (参考区域)。

6.3.6点击测试界面中左上角Measure 按钮,系统进行自动测算。当监视器中左下角出现Wedge X.X sec (表示被测量器件两表面的夹角为X.X 秒)时,记录下此时X.X 即为晶体的平行度。测试完毕后关闭平行度测试操作界面,点击左上角X 符号,退回到ZYGO 主测试操作桌面。

6.4.1 调整监视器遥控器上的显示切换键(ALIGN/VIEW ),使监视器处于排列状态。移除标准参考反射镜面,将晶体放置到样品支架上,调整晶体方向,使其反射回的光斑与十字分划线交点重合。完成后,按监视器遥控器上的显示切换键,使监视器处于浏览状态。点击ZYGO 测试操作桌面中GPI.app 按钮进入平面度测试操作界面。

6.4.2点击测试界面左上角的Calibrate 按钮(如图五所示),在弹出的对话界面中点击Fringe 按钮,对话框中图像显示会进行更新,锁定并显示监视器中画面。使用鼠标标记晶体通光面宽度,在弹出的对话框中,录入晶体通光面宽度,按回车键确定。

6.4.3点击测试界面中左上角Mask Data 按钮(如图五所示), 在弹出的有动态图像的对话框中,首先从下部选项中选择晶体外形标定(例如正方形则选择square )。在动态图像中,使用鼠标准确标定待测晶体,要求标定范围不能超出晶体。点击Define ,定义待测区域。

6.4.4点击测试界面中左上角Measure 按钮,系统进行自动测算。当监视器中左上角出现PV X.XXX Wave (表示被测样品最高点与最低点之间的距离为X.XXXλ)时(如图六所示),记录此时X.XXX 即为晶体的平面度值。测试完毕后关闭测试操作界面,点击左上角X 符号,退回到ZYGO 主测试操作桌面。 图五 图六

6.5 波前畸变测试

主要测试步骤如下:

6.5.1调整监视器遥控器上的显示切换键(ALIGN/VIEW ),使监视器处于排列状态。扭动参考反射镜上方的调节旋钮,调整镜面方向,使得反射镜反射回的

(ALIGN/VIEW ),使监视器处于浏览状态。点击ZYGO 测试操作桌面中GPI.app 按钮进入波面测试操作界面。

6.5.2将待测晶体放置到样品支架上,通过观察监视器调整晶体,使晶体垂直于测试光(监视器中晶体边缘清晰可见)。

6.5.3点击测试界面左上角的Calibrate 按钮,在弹出的对话界面中点击Fringe 按钮,对话框中图像显示会进行更新,锁定并显示监视器中画面。使用鼠标标记晶体通光面宽度,在弹出的对话框中,录入晶体通光面宽度,按回车键确定。

6.5.4 点击测试界面中左上角Mask Data 按钮, 在弹出的有动态图像的对话框中,首先从下部选项中选择晶体外形标定(例如正方形则选择square )。在动态图像中,使用鼠标准确标定待测晶体,要求标定范围不能超出晶体。点击Define ,定义待测区域。

6.5.5点击测试界面中左上角Measure 按钮,系统进行自动测算。当监视器中左上角出现PV X.XXX Wave (表示被测样品最高点与最低点之间的距离为X.XXXλ)时,记录此时X.XXX 即为晶体的波面数值(如图五所示)。测试完毕后关闭波面测试操作界面,

点击左上角X 符号,退回到ZYGO 主测试操作桌面。 7 细节说明和结语

7.1 安全要求

7.1.1 测量过程中,注意对透镜的防护,尤其是表面和边角容易损坏的部位。

7.1.2 标准镜使用时要插入到位,螺丝拧紧。不用时要摆放到盒子中避免意外损坏。

7.1.3使用干涉仪测量面形主要包括以下步骤:开机,选择、安装标准镜,找到待测零件表面干涉条纹,输入零件号等相关信息,设定长度基准,取掩膜,测量,结果保存和打印。不同的零件在找干涉条纹和一些设定方面有所区别,但是基本步骤差不多。

7.2 选择、安装标准镜

选择:平面和柱面选择平面标准镜TF ,球面选择球面标准镜。球面标准镜在选择的时候要考虑镜片的曲率半径和口径,参照JENfizar 的标准镜选择。 安装:将标准镜的两个插销对准标准镜安装支架上的卡口插入,旋转,安装到位,旋转锁死螺钉固定好。按下控制盒上align/view 切换到align 模式,将光点

调到十字线的中心。

7.3 寻找干涉条纹

平面:将待测面正对干涉仪主机放置到升降台上,如果是楔角较小的平片或者直角棱镜之类的可能需要把背面事先涂上凡士林来消除杂光影响。按下控制盒上的align/view 按钮切换到align 模式,调整待测零件的俯仰和水平旋转在动态窗口中找到零件表面反射回来的光点,并将其调整到十字线中心。再次按下align/view 按钮切换到view 模式,微调零件或者标准镜的俯仰和水平旋转,将条纹调到3 根左右。

球面:将镜片夹到六位调整架上,待测面正对干涉仪主机。切换到view 界面,沿导轨前后移动调整架至干涉仪的出射光聚焦到零件表面(可用一张小纸条贴于零件表面观察)。此时干涉仪中出现的条纹称为猫眼像(cateye),也常称作标准镜的像。调整六位调整架,使零件上下移动把条纹调到充满整个视场,微调标准镜的位置,使得条纹对称。凸面靠近,凹面远离干涉仪主机寻找表面像,紧盯刚才找到的猫眼条纹,它会渐渐变小然后又慢慢变大,再次变大的条纹就是零件的表面像,微调六维调整架将条纹调到 3 根。在整个寻找过程中,光点可能会移动,通过调整来保持光点始终在屏幕中心。如果仅仅要测量面形,找到像之后进入步骤9.4 即可;如果还要测量曲率半径,则在找到镜片表面像之后按下光栅尺面板上的“X”按钮让示数归零,再次回到猫眼像位置,此时光栅尺的示数即为待测零件的曲率半径。注意:整个回归猫眼的过程中不可触碰任何调整旋钮。柱面:柱面的情况比平面和球面要复杂一些,除了要使用平面标准镜以外还需要使用一块柱面辅助镜CGH。使用时,切换到align 模式,将CGH 的平面对准干涉仪,调整左右旋转,把第3 个光点调到十字线中心。切换到view 模式,微调标准镜位置,把CGH 周围的圆环调到无条纹,然后再切换到align 模式。将待测柱面母线按与CGH 平行的方向放置到调整架上,移动调整架至CGH 焦点处,微调待测柱面的左右偏转,在电脑屏幕中看到有一个现状亮斑,微微旋转柱面的母线方向,使得母线方向与CGH 的母线方向完全一致,此时屏幕中看到一条细亮的竖线。调整前后将细线缩小成点,并调整到十字线中间。切换到view 模式,再次微调柱面的旋转和角度将条纹调正,微调前后将条纹在弧面方向调直。

7.4 输入零件信息

点击measurement control 按钮,在part number 栏中输入货号,serial number 栏中输入零件编号。

如果测量的是球面还需要在ISO10110 窗口中输入曲率半径标称值、实测值、测试波长、零件有效口径。

7.5 设定长度基准

点击calibrate 按钮,在弹出的窗口中划一条已知长度的线,并在弹出的窗口中输入长度。一般平面可以以零件边缘或者标准镜边缘为基准,球面可以以干涉图形的边缘作为基准。如果测量不到整个面面形的球面按照R/(F/#)计算实际测量的口径,作为长度基准。

7.6 取掩膜

自动掩膜:测量圆形(球形)零件的时候,可以使用自动掩膜功能,按一定的百分比选取有效测量区域。点击analysis control 按钮,在弹出的窗口中选择auto aperture ON,在下面的inside 栏中输入有效百分比,outside 栏中输入中心需要去除的部分。

手动掩膜:手动掩膜适用于非圆形零件或者有特殊需求的情况。点击mask 按钮进入掩膜窗口,按需要选择circle,rectangle,square,ellipse,curve 等形状的掩膜,在干涉图上画出合适的大小,可以通过中间的move,resize,adjust 等功能调整到合适的大小和位置。完成后点击BG INC 按钮来确认。根据零件形状可以使用各种形状掩膜的组合,如果要挖去一部分,则选中该掩膜点击unfill 功能调整到合适的大小和位置。完成后点击BG INC 按钮来确认。根据零件形状可以使用各种形状掩膜的组合,如果要挖去一部分,则选中该掩膜点击unfill 按钮来使其空白。

掩膜去除:去除自动掩膜在analysis control 窗口中将auto aperture 栏中的ON 改成OFF 即可。去除手动掩膜在mask 窗口中选择pick 然后选中需要去除的掩膜,点击delete 按钮来删除。点击clear 按钮则所有掩膜都被清除。

7.7 测量

点击measure 按钮或者控制盒上的measure 按钮或按下键盘上“F1”键开始测量。

激光干涉仪功能与应用

SJ6000激光干涉仪产品具有测量精度高、测量速度快、测量范围大、分辨力高等优点。通过与不同的光学组件结合,可以实现对线性、角度、平面度、直线度(平行度)、垂直度、回转轴等参数的精密测量,并能对设备进行速度、加速度、频率-振幅、时间-位移等动态性能分析。 在相关软件的配合下,可自动生成误差补偿方案,为设备误差修正提供依据。

1.静态测量 SJ6000激光干涉仪的系统具有模块化结构,可根据具体测量需求选择不同组件。SJ6000基本线性测量配置: 图1-基本线性配置 SJ6000全套镜组:

图2-SJ6000全套镜组 镜组附件: 图3-SJ6000 镜组附件 镜组安装配件: 图4-SJ6000 镜组安装配件

1.1. 线性测量 1.1.1. 线性测量构建 要进行线性测量,需使用随附的两个外加螺丝将其中的一个线性反射镜安装在分光镜上,组装成“线性干涉镜”。线性干涉镜放置在激光头和线性反射镜之间的光路上,用它的反射光线形成激光光束的参考光路,另一束光入射到线性反射镜,通过线性反射镜的线性位移来实现线性测量。如下图所示。 图5-线性测量构建图 图6-水平轴线性测量样图图7-垂直轴线性测量样图 1.1. 2. 线性测量的应用 1.1. 2.1. 线性轴测量与分析 激光干涉仪可用于精密机床、三坐标的定位精度、重复定位精度、微量位移精度的测量。测量时在工作部件运动过程中自动采集并及时处理数据。

图8-激光干涉仪应用于机密机床校准 图9-激光干涉仪应用于三坐标机校准 SJ6000软件内置10项常用机床检验标准,自动采集完数据后根据所选标准自动计算出所需误差数据,可生成误差补偿表,为机床、三坐标的误差修正提供依据。

迈克耳孙干涉仪的调节和使用实验报告

实验十四迈克耳孙干涉仪的调节与使用 迈克耳孙干涉仪在近代物理学的发展中起过重要作用。19世纪末,迈克耳孙(A、A、Michelson)与其合作者曾用此仪器进行了“以太漂移”实验、标定米尺及推断光谱精细结构等三项著名的实验。第一项实验解决了当时关于“以太”的争论,并为爱因斯坦创立相对论提供了实验依据;第二项工作实现了长度单位的标准化。迈克耳孙发现镉红线(波长 λ=643、84696nm)就是一种理想的单色光源。可用它的波长作为米尺标准化的基准。她定义1m=1553164、13镉红线波长,精度达到10-9,这项工作对近代计量技术的发展作出了重要贡献;迈克耳孙研究了干涉条纹视见度随光程差变化的规律,并以此推断光谱线的精细结构。 今天,迈克耳孙干涉仪已被更完善的现代干涉仪取代,但迈克耳孙干涉仪的基本结构仍然就是许多现代干涉仪的基础。 【实验目的与要求】 1、学习迈克耳孙干涉仪的原理与调节方法。 2、观察等倾干涉与等厚干涉图样。 3、用迈克耳孙干涉仪测定He-Ne激光束的波长与钠光双线波长差。 【实验仪器】 迈克耳孙干涉仪,He-Ne激光束,钠光灯,扩束镜,毛玻璃 迈克耳孙干涉仪就是应用光的干涉原理,测量长度或长度变化的精密的光学仪器,其光路图如图7-1所示。 S-激光束;L-扩束镜;G1-分光板;G2-补偿板;M1、M2- 反射镜;E-观察屏。 图7-1迈克耳孙干涉仪光路图 从氦氖激光器发出的单色光s,经扩束镜L将光束扩束成一个理想的发散光束,该光束射到与光束成45?倾斜的分光板G1上,G1的后表面镀有铝或银的半反射膜,光束被半反射膜分成强度大致相同的反射光(1)与(2)。这两束光沿着不同的方向射到两个平面镜M1与M2上,经两平面镜反射至G1后汇合在一起。仔细调节M1与M2,就可以在E处观察到干涉条纹。

激光干涉仪应用原理(八)——激光干涉测量

Radiation Harsh Application | 强辐射环境应用 强辐射环境下FPS3010激光干涉测量 Laser Interferometry in Radiation Harsh Environments using the FPS3010 介绍 目前,同步辐射应用已经扩展到多种邻域中,如生物科技(蛋白质晶体),医药研究(微生物),工程应用(高分辨率裂缝演变成像),高级材料研究(纳米结构材料)。在纳米领域许多应用中,如透镜组,布拉格反射器,狭缝以及目标定位等都需要非常高的分辨率。机械结构需要高集成度,高稳定性,并且要减小温漂以及定位误差的影响。另外,运动部件的质量需要严格控制到最低,从而提高机械特性,并且减小位置误差。 针对以上讨论,这意味着编码必须在待测物附近,也就是说,编码器即使不是在X光或者粒子束中,也需要安置在辐射区内。 FPS3010激光干涉仪最大的特点是皮米级分辨率,兼容真空环境,并且在此类应用中,可以采用远程控模块。因此,FPS3010可以工作在强辐射环境下,也就是将干涉仪系统以及子系统安装在同步辐射光源或者束线附近,以及其他高辐射的环境中。 在目前的传感器选型中,“M12”传感器探头可以工作在高达10MGy的辐射环境下。这个研究主要针对这些新型传感器的耐辐射强度。实验主要工作在60Co源下(1.17 MeV / 1.33 MeV γ- and 0.31 MeV β-rays)。实验证明在3MGy辐射强度下传感头的读数没有明显偏差。在第二步骤测试中,对比传感器头放置在10MGy强辐射环境前后,对固定目标的测量值。对比结果为传感器所得目标值没有明显偏差。将两个UHV真空兼容 M12传感头(一个是带AR膜透镜,一个是不带AR膜透镜),安装到聚酰亚胺光纤上,放置在1Gy/s辐射区域中。两个探测头都安装在铝支架上,实验过程中将会有20 nm/°C的温漂。为避免曝光情况,采用镀了金膜的耐辐射镜子,搭建3m反射腔。FPS3010控制器放置在探头测试腔体外,另一个带温控无辐射腔内。在整个测量周期内,腔内温度稳定性高于1℃。测试的最后,总累积量达3.024MGy。 测量 图2a显示在测试过程中,测得的位置值。编码器位置采样率为1kHz。在图中,每一个点为100次独立测量平均值。位置漂移观察周期为34天,采用镀膜传感器测量,3MGy累积量为150nm;未镀膜传感器3MGy累积量为400nm。由于信号保持性较好,所以测得位置值的不确定性(标准偏差)优于10nm。 在未镀膜传感器头,在累积总量达2MGy之后,漂移会略微增大(22.5天)。达到这点之后,可进行两个传感器头性能比较。图2b显示编码器(红线)以及控制器位置(蓝线)的温漂情况。整个周期中,温度漂移小于1℃。

ZYGO干涉仪-使用说明讲课教案

Z Y G O干涉仪-使用说 明

1目的 为了使员工正确熟悉的使用ZYGO干涉仪。本文详细说明了如何使用ZYGO 干涉仪来测试晶体的平行度、波前、平面度等指标。 2范围 本文件涉及用ZYGO 干涉仪检测平面元件的一般方法。 3 录取数据 在检验过程中将会生成以下记录: 3.1干涉图(保存文件名为*.Tif),在实时窗口上点击FILE-SAVE保存。 3.2测试数据(保存文件名为*.Dat),测试完成后点击SAVE DATE保存。 4 Zygo干涉仪的定义 4.1 应用(application) 应用是ZYGO 干涉仪中一系列功能的组合,保存为后缀名为“*.app”的文件。不同的应用用于不同项目的测量。比较常用的是GIP.app 用于一般的平面和球面的测量,GPI-Cylinde.app 用于柱面面形的测量,Angle.app用于平行角度的测试。 4.2 猫眼像(cateye) 又称为标准镜的像。标准镜的出射光在焦点处被返回时出现的干涉条纹,是透过干涉仪的光线与和它对称的标准面之间的干涉图形。 4.3 镜片像

从标准镜出射的光在整个零件表面被原路反射回来与标准面的反射光发生干涉产生的干涉图形。包含待测零件的表面或波前信息,是面形检测的主要信息来源。 4.4 升降台 可以升降的平台,带有小倾角调节功能,一般用于放置平面元件。 4.5 Align/View 模式 按下控制盒上的align/view 切换的2 个模式之一。align模式可以看到一个黑色固定的十字线和反射回干涉仪的光点,一般用于零件对准,特点是视场较大。View 模式是按下控制盒上的align/view 切换的2 个模式之一,可以看到干涉条纹,特点是放大率较高,但是视场较小。一般在align界面对准后在view 界面观察条纹。 4.6 标准镜 干涉仪上使用的参考表面,用于生成理想的平面、球面波,作为测量基准。 4.7 长度基准 设定图像的长度基准,因为放大率不同或者屈光度不同,同样大小的干涉图所代表的零件大小可能有很大的差异。设定长度基准的目的就是告诉干涉仪图形中的一段长度相当于镜片中长度的多少,方便控制测量区域和设定掩膜。 4.8 掩膜(mask)

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 0.1 ppm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。为尽量减少此类误差,最好将光学镜组直接固定到所需的测量点上。在机床校准中,一个光学镜通常固定在工件夹具上,而另一个光学镜组则固定在刀具夹具上。激光测量将会精确地反映刀具和工件之间发生的误差。即使机器防护系统和机器盖导致难于接近,也一定要尽量将干涉镜和角锥反射镜都固定到机器上。不要将一个光学镜安装在机器内部而另一个安装在外部如支在机器外地面的三脚架上,因为整台机器在地基上的移动可能导致校准无效。然而,是否拆下导轨防护罩时需仔细考虑,因为这可能改变机器性能。

雷尼绍干涉仪使用方法ML-80

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。这样数控系统在控制该轴的运动时,会自动考虑到误差值,并加以补偿。 采用螺距误差补偿功能应注意:螺距误差补偿功能的实现方法又有增量型和绝对型之分。所谓补偿就是指通过特定方法对机床的控制参数进行调整,其参数调整方法也依各数控系统不同而各有差异。 第三章、认识激光干涉仪

激光干涉仪软硬件介绍讲解

激光干涉仪软硬件介绍 本次试验我们使用的仪器为:Renishaw 激光器测量系统。 这个系统由“软件”与“硬件”两个部分组成,所以我们认识他,就是搞清楚各是什么硬件和软件。 看到这个章节时,可定有人会问还有什么硬软件之分的吗?答案是肯定的! 先问大家一个问题:只有躯体的人就是一个正常的人吗?答案是否定的! 一个正常的人不但须要一个实实在在的躯体,还需要由看不见的意识性的东西——思想的存在! 3.1 激光干涉仪是由什么硬件组成 3.1.1 什么是硬件? 硬件:硬件就是我们看到的一堆由金属、塑料等材料堆成的被称之为“Renishaw 激光干涉仪”的东西(事实上,它是由一些机壳和电路板等物构成)。因为是一些看得见、摸得着的东西,又因为都是“硬”的,所以被人们形象地称为“硬件”。 3.1.2具体硬件名称以及各自的用途是什么? 一、本次使用激光检测仪主要检测螺距误差,因此我们主要使用到以下的仪器: (1)ML10 激光器 Renishaw ML10 Gold Standard 激光器

以上四个图案为激光罩在不同的状态下的作用 A)无光束射出 B)缩小横截面光束及目标 C)最答光束及目标 D)标准测量位置射出最大光来的横截面以及反射光束的探测器孔Renishaw ML10 Gold Standard 激光器:

ML10 是一种单频 HeNe 激光器,内含对输出激光束稳频的电子线路及对由测量光学镜产生的干涉条纹进行细分和计数处理。 其主要作用简单概括为:发射红外线以及返收红外线供特定的软件做分析,记录相关的数据。 (2)三脚架

三脚架及云台可用来安装 ML10 激光器,将 ML10 激光器设置在不同的高度,并充分控制 ML10 激光束的准直。对于大多数机床校准设置,建议将 ML10 激光器安装在三脚架和云台上。 三脚架、安装云台和 ML10 激光器三合一体,可为 ML10 光束准直提供下列调整:高度调整 水平平移调整 角度偏转偏转调整 角度俯仰调整 其中高度调整是由图9上显示的高度曲柄控制的,水平平移是由图2上显示的平移控制旋钮控制,角度偏转偏移是由图2上显示的旋转微调旋钮控制。图2后的两个示意图为水平平移和角度偏移的使用方法。 (3)EC10 环境补偿装置

迈克耳孙干涉仪的调整与使用

实验五迈克耳孙干涉仪的调整与使用 【预习思考题】 1.迈克尔孙干涉仪是利用什么方法产生两束相干光的? 答:迈克尔孙干涉仪是利用分振幅法产生两束相干光的。 2.迈克尔孙干涉仪的等倾和等厚干涉分别在什么条件下产生的?条纹形状如何?随M1、M2’的间距d如何变化? 答:(1)等倾干涉条纹的产生通常需要面光源,且M1、M2’应严格平行;等厚干涉条纹的形成则需要M1、M2’不再平行,而是有微小夹角,且二者之间所加的空气膜较薄。 (2)等倾干涉为圆条纹,等厚干涉为直条纹。 (3)d越大,条纹越细越密;d越小,条纹就越粗越疏。 3.什么样条件下,白光也会产生等厚干涉条纹?当白光等厚干涉条纹的中心被调到视场中央时,M1、M2’两镜子的位置成什么关系? 答:白光由于是复色光,相干长度较小,所以只有M1、M2’距离非常接近时,才会有彩色的干涉条纹,且出现在两镜交线附近。 当白光等厚干涉条纹的中心被调到视场中央时,说明M1、M2’已相交。 【分析讨论题】 1.用迈克尔孙干涉仪观察到的等倾干涉条纹与牛顿环的干涉条纹有何不同? 答:二者虽然都是圆条纹,但牛顿环属于等厚干涉的结果,并且等倾干涉条纹中心级次高,而牛顿环则是边缘的干涉级次高,所以当增大(或减小)空气层厚度时,等倾干涉条纹会向外涌出(或向中心缩进),而牛顿环则会向中心缩进(或向外涌出)。

2.想想如何在迈克尔孙干涉仪上利用白光的等厚干涉条纹测定透明物体的折射率?答:首先将仪器调整到M1、M2’相交,即视场中央能看到白光的零级干涉条纹,然后根据刚才镜子的移动方向选择将透明物体放在哪条光路中(主要是为了避免空程差),继续向原方向移动M1镜,直到再次看到白光的零级条纹出现在刚才所在的位置时,记下M1移动的距离所对应的圆环变化数N,根据,即可求出n。

zygo干涉仪使用说明

1目的 为了使员工正确熟悉的使用ZYGO干涉仪。本文详细说明了如何使用ZYGO 干涉仪来测试晶体的平行度、波前、平面度等指标。 2范围 本文件涉及用ZYGO 干涉仪检测平面元件的一般方法。 3 录取数据 在检验过程中将会生成以下记录: 3.1干涉图(保存文件名为*.Tif),在实时窗口上点击FILE-SA VE保存。 3.2测试数据(保存文件名为*.Dat),测试完成后点击SA VE DATE保存。 4 Zygo干涉仪的定义 4.1 应用(application) 应用是ZYGO 干涉仪中一系列功能的组合,保存为后缀名为“*.app”的文件。不同的应用用于不同项目的测量。比较常用的是GIP.app 用于一般的平面和球面的测量,GPI-Cylinde.app 用于柱面面形的测量,Angle.app用于平行角度的测试。 4.2 猫眼像(cateye) 又称为标准镜的像。标准镜的出射光在焦点处被返回时出现的干涉条纹,是透过干涉仪的光线与和它对称的标准面之间的干涉图形。 4.3 镜片像 从标准镜出射的光在整个零件表面被原路反射回来与标准面的反射光发生干涉产生的干涉图形。包含待测零件的表面或波前信息,是面形检测的主要信息来源。 4.4 升降台 可以升降的平台,带有小倾角调节功能,一般用于放置平面元件。 4.5 Align/View 模式 按下控制盒上的align/view 切换的2 个模式之一。align模式可以看到一个黑色固定的十字线和反射回干涉仪的光点,一般用于零件对准,特点是视场较大。View 模式是按下控制盒上的align/view 切换的2 个模式之一,可以看到干涉条纹,特点是放大率较高,但是视场较小。一般在align界面对准后在view界面观察条纹。

实验6-5 迈克尔逊干涉仪的原理与使用

实验6—5 迈克尔逊干涉仪的原理与使用 一.实验目的 (1).了解迈克尔逊干涉仪的基本构造,学习其调节和使用方法。 (2).观察各种干涉条纹,加深对薄膜干涉原理的理解。 (3).学会用迈克尔逊干涉仪测量物理量。 二.实验原理 1.迈克尔逊干涉仪光路 如图所示,从光源S 发出的光线经半射镜 的反射和透射后分为两束光线,一束向上 一束向右,向上的光线又经M1 反射回来, 向右的光线经补偿板后被反射镜M2反射回来 在半反射镜处被再次反射向下,最后两束光线在 观察屏上相遇,产生干涉。 2.干涉条纹 (1).点光源照射——非定域干涉 如图所示,为非定域干涉的原理图。点S1是光源 相对于M1的虚像,点S2’是光源相对于M2所成 的虚像。则S1、S2`所发出的光线会在观察屏上形 成干涉。 当M1和M2相互垂直时,有S1各S2`到点A 的 光程差可近似为: i d L cos 2=? ① 当A 点的光程差满足下式时 λk i d L ==?c o s 2 ② A 点为第k 级亮条纹。 由公式②知当i 增大时cosi 减小,则k 也减小,即条纹级数变高,所以中心的干涉条纹的级次是最高的 (2)扩展光源照明——定域干涉在点光源之前加一毛玻璃,则形成扩展光源,此时形 成的干涉为定域干涉,定域干涉只有在特定的位置才能看到。 ①.M1与M2严格垂直时,这时由于d 是恒定的,条纹只与入射角i 在关,故是等倾干涉 ②.M1与M2并不严格垂直时,即有一微小夹角,这种干涉为等厚干涉。当M1与M2夹角很小,且入射角也很小时,光程差可近似为 )21(2)2sin 1(2cos 222 i d i d i d L -≈-=≈?③ 在M1与M2`的相交处,d =0,应出现直线条纹,称中央条纹。 3.定量测量 (1).长度及波长的测量 由公式②可知,在圆心处i=0 0, cosi=1,这时 λk d L ==?2 ④ 从数量上看如d 减小或增大N 个半波长时,光程差L ?就减小或增大N 个整波长,对

激光平面干涉仪说明书讲解

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0.02um 2.第二标准平面(B面),不镀膜。工作直径:D2=φ140mm 不平度小于0.03um 3.准直系统:孔径F/2.8,工作直径:D0=φ146mm 焦距:f=400mm 4.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=10 F=15 f=23 f=37 5.工作波长:632.8nm 6.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 350X400X720mm

9.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。如图三(3)基准面P1,被测面为P2.当平行光束是S-S射到基准面P1上时,其中一部分反射为S′-S′, 另一部分折射为B-F,进入基准面和被测面之间的空气层内,经被测零件的上表面P1反射之后,沿方向S′-S′射出。 两束光在C点处相遇,其光程差为:

激光干涉仪原理及应用详解

激光干涉仪概述 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(5~10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。 激光干涉仪性能特点 1.测量精度高、速度快,稳定性好 ①使用美国高性能氦氖激光器,结合伺服稳频控制系统,达到高精度稳频(0.05ppm) ②以光波长(633nm)为测量单位,分辨率可达nm级 ③使用高速光电信号采样和处理技术,测量速度可达到4m/s。 ④配合有环境补偿单元,在环境变化的情况下,也可以得到较高的测量精度 ⑤分离式干涉镜设计,避免了测量镜组由于主机发热而引起的镜组形变 2.应用范围广 ①可以实现线性、角度、直线度、垂直度、平面度等几何量的检测 ②结合我们的软件系统,可以用于速度,加速度,振动分析以及稳定度等分析 ③可实时监控精密加工机床等机器的动态数据,进行动态特性分析 3.软件界面友好 ①使用当前热门的软件界面开发工具,软件界面人性化,操作简单。 ②将静态测量和动态测量两种功能合并到一个软件中,更方便用户切换测量类型。

【实验报告】迈克耳孙干涉仪

实验十一迈克耳孙干涉仪的调整与使用 【实验目的】 1.了解迈克耳孙干涉仪的原理、结构和调整方法。2.观察等倾和等厚干涉条纹,了解其形成条件、条纹分布特点及条纹的变化。 3.测量He-Ne 激光的波长。 【实验原理】 1.迈克耳孙干涉仪的光路 如图5.4-1 所示,图中M1 和M2 是二个精密磨光的平面镜,置于相互垂直的两臂上。 在两臂轴相交处,是一个与两臂成45°角且两面严格平行的平面玻璃板G1,其背面镀 有一层半透半反膜,称为分束板。G2与G1平行放置,其厚度和折射率与G1完全相同,但表面没有镀 图5.4-1 迈克耳孙干涉仪的简单光路 层,G2称为补偿板。从图中看出,光源S发出的光在G1后表面被分为光强近乎相等的反射光束(1)和透射光束(2),两束光经反射后,共同向E 处传播并发生干涉。反射镜M2是固定的,M1可沿臂轴方向移动,M2被G1反射所成的镜像M2 '位于M1附近,光束(2)也可以看作是从M2的虚像M2 '反射来的,用M2 '代替M2讨论问题,两束光光程不受影响。这样,可直观地看出两束光在到达观察屏E 处时的光程差与M1和 M2 '间的“空气薄膜”的厚度d有关,即M1所处位置是影响光程差的因素之一,这种干涉相当于“薄膜”干涉。 光束(1)到达E处时,共通过了G1三次,而光束(2)只在未分出前与光束(1)同时通过G1 一次,另外两次则由穿过G2 两次来得到补偿。这样,两束光在玻璃中的光程相等,因此计算两束光的光程差时,只需考虑它们在空气中的几何路程的差别。此外,用白光照明时,若只有G1,贝因为玻璃的色散,不同波长的光因折射率不同而产生的光程差无法用空气中行程弥补,而G2板的加入就能补偿各色光的光程差以获得白光的 零级干涉条纹。白光的干涉条纹在迈克耳孙干涉仪中极为有用,能够用于准确地确定零光程差的位置,进行长度的精确测量。在迈克耳孙干涉仪中,两束相干光分得较开,这便于在任一支光路里放进被研究的对象,通过白光零级条纹位置的改变来研究所放入物质的某些物理特性,如气体或其它透明物质的折射率、透明薄板的厚度等。2.各种干涉条纹的图样 (1 )点光源的非定域干涉 图5.4-2 点光源的非定域干涉 当用凸透镜对激光光束会聚后,得到的是一个线度小、强度足够大的点光源,它向空间传播的是球面波。在经M1和M2 '反射后,又得到相当于由两个虚光源S1、S2'发出 的两列满足干涉条件的球面波,S1为S经G1及M1反射后成的像,S2'为S经M2及 G1反射后成的像(等效于S经G1及M2 '反射后成的像)。两列球面波在它们相遇的空间处处相干,即在两束光相遇的全部空间内均能用观察屏接收到干涉图样,因此是非定 域干涉。非定域干涉条纹的形状随S1、S2'与观察屏E的相对位置的不同而不同。当 M1和M2 '大体平行时,E会与S1、S2'的连线垂直,此时得到圆条纹,圆心在S1、S2'连线与屏的交点O处;当M1和M2 '不平行时,S1与S2不会在一条竖直线上,则E不再与S1、S2'的连线垂直。若E 与S1、S2'的垂直平分线垂直,将得到直条纹,其它情况下则为椭圆或双曲线条纹。通常我们在测量时大都选取圆条纹的情况,下面就讨论这种非定域圆条纹的一些特性。

一文弄懂激光干涉仪与激光平面干涉仪

一文弄懂激光干涉仪与激光平面干涉仪 很多朋友弄不清激光干涉仪与激光平面干涉仪的区别,主要是很多时候,客户把激光平面干涉仪简称为激光干涉仪,到网上一搜,发现激光干涉仪全是用来检测导轨运动精度的,不是自己需要的激光平面干涉仪,今天小编就告诉大家如何区分这两种激光干涉仪。 激光干涉仪 1.测量原理

▲线性测量的光路原理构建图 (1)从SJ6000激光干涉仪主机出射的激光束(圆偏振光)通过分光镜后,将分成两束激光 (线偏振光); (2)两束激光分别经由角锥反射镜A和角锥反射镜B反射后平行于出射光(红色线条)返回, 通过分光镜后进行叠加,由于两束激光频率相同、振动方向相同且相位差恒定,即满足干涉条件; (3)角锥反射镜B每移动半个激光波长的距离,将会产生一次完整的明暗干涉现象。测量距 离等于干涉条纹数乘以激光半波长。 2.功能 SJ6000激光干涉仪具有测量精度高、测量范围大、测量速度快、最高测速下分辨率高等优点,结合不同的光学镜组,可实现线性测长、角度、直线度、垂直度、平行度、平面度等几何参量的高精度测量。在SJ6000激光干涉仪动态测量软件配合下,可实现线性位移、角度和直线度的动态测量与性能检测,以及进行位移、速度、加速度、振幅与频率的动态分析,如振动分析、丝杆导轨的动态特性分析、驱动系统的响应特性分析等。 3.应用 激光干涉仪可广泛用于数控机床、直线电机、电动滑台、线性模组、三坐标、自动化加工设备等运动精度检测。

▲SJ6000激光干涉仪检测数控机床 ▲SJ6000激光干涉仪检测线性模组

▲SJ6000激光干涉仪用于自动化设备装调 激光平面干涉仪 1.测量原理

激光干涉仪讲解

第一章、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。 - 1 - 第二章、 2.1 什么是螺距误差? 基础知识 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

迈克耳孙干涉仪的调节和使用实验报告

实验十四 迈克耳孙干涉仪的调节和使用 迈克耳孙干涉仪在近代物理学的发展中起过重要作用。19世纪末,迈克耳孙 (A.A.Michelson )与其合作者曾用此仪器进行了“以太漂移”实验、标定米尺及推断光谱精细结构等三项著名的实验。第一项实验解决了当时关于“以太”的争论,并为爱因斯坦创立相对论提供了实验依据;第二项工作实现了长度单位的标准化。迈克耳孙发现镉红线(波长λ=643.84696nm )是一种理想的单色光源。可用它的波长作为米尺标准化的基准。他定义1m=1553164.13镉红线波长,精度达到10-9,这项工作对近代计量技术的发展作出了重要贡献;迈克耳孙研究了干涉条纹视见度随光程差变化的规律,并以此推断光谱线的精细结构。 今天,迈克耳孙干涉仪已被更完善的现代干涉仪取代,但迈克耳孙干涉仪的基本结构仍然是许多现代干涉仪的基础。 【实验目的与要求】 1.学习迈克耳孙干涉仪的原理和调节方法。 2.观察等倾干涉和等厚干涉图样。 3.用迈克耳孙干涉仪测定He -Ne 激光束的波长和钠光双线波长差。 【实验仪器】 迈克耳孙干涉仪,He -Ne 激光束,钠光灯,扩束镜,毛玻璃 迈克耳孙干涉仪是应用光的干涉原理,测量长度或长度变化的精密的光学仪器,其光路图如图7-1所示。 从氦氖激光器发出的单色光s ,经扩束镜L 将光束扩束成一个理想的发散光束,该光束射到与光束成45?倾斜的分光板G 1上,G 1的后表面镀有铝或银的半反射膜,光束被半反射膜分成强度大致相同的反射光(1)和(2)。这两束光沿着不同的方向射到两个平面镜M 1和M 2上,经两平面镜反射至G 1后汇合在一起。仔细调节M 1和M 2,就可以在E 处观察到干 S-激光束;L-扩束镜;G 1-分光板;G 2-补偿板;M 1、M 2-反射镜;E-观察屏。 图7-1 迈克耳孙干涉仪光路图

激光干涉仪使用技巧讲解

厨 f静堂鸯溅斌技术)2007亭第弘誊第{O麓 激光干涉仪使用技巧 Precise G口洫to Vsine a Laser Interferometer 魏纯 (广州市计最检测技术研究院,广东广州510030) 瓣萎:本文讨论了激光予涉仪在使用巾的准直等技礴,用户在实际使用中增加葺芒件以及维护巾邋蓟的同舔。燕键词:激光平涉仪;准直 l引言高性能激光干涉仪具有快速、高准确测量的优点,是校准数字机床、坐标测量机及其它定位装置精度及线性指标最常用的标准仪器,弦者所在单位使用的是英国RENISHAW公闭生产的MLl0激光干涉仪,具有性能稳定,使罱方便等特点。 通过较长时闯使用,作者认为测量人员除了要考虑环境、温度、原理等影响测量的常规因素外,掌握一些激光干涉仪的使用技巧会使测量互作事半功倍。 2原理介绍

MLl0激光干涉仪是根据光学千涉基本原理设计磊成酌。从MLl0激光器射出的激光束有单一频率,其标称波长隽0.633pLIn,且其长期波长稳定健(真空状态)要高于0.1ppm。当此光束抵达偏振分光镜时,会被分为两道光束一一道反射光糯一道透射光。这两道光射向其反光镜,然后透过分光镜反射圈去,在激光头内的探测器形成一道干涉光束。若光程差没有任俺变讫,探测器会在樵长性秘楣潢性于涉的两极找到稳定的信号。若光程差确实有变化,探测器会在 每一次光程改变时,在相长性和相消性干涉的弼极找 到变动的信号。这些变化(援格)会被计算并用来测量两个光程闻的差异变化。测量的光程就是栅格数乘以光束大约一半的波长。 值褥注意的是,激光束的波长取决于所通过敖空气折射率。由于空气折射率会随着温度、压力和相对湿度而变化,用来计算测蹩值的波长值可能需要加以李}偿,以配合这魍环境参数豹改变。实际上就测量准确度而言,此类补偿在进行线性位移(定位精度)测量,特别是量程较大时,非常重要。3激光干涉仪使用技巧 3.1 Z轴激光光路快速准直方法 用激光干涉仪进行线性测量时,无论是数字机 床、还是坐标测燮枫,z轴测量酵激光光路的礁童榻对X、Y轴准直来说,要困难的多。尤其是在z轴距离较长的情况下,要保证激光光束经反射镜反射后回到激 先探测器的强度满足测量对对光强的要求,准妻激光光路往往需要很长时间。 根据作者长期使用的经验,按照“离处动尾部,低处动整体”的调整方法,将会大大缩短漆直时闻。(“尾部”是指MLl0激光器电源接口边上的倾斜度调蹩旋钮和三兔架云台上的旋转微调控制旋锂,“整体”是指三

激光干涉仪在检测数控机床精度方面的应用

激光干涉仪在检测数控机床精度方面的应用 1.前言 随着大型数控机床应用的日见广泛,对大型机械两条导轨间平垂直度检测要求也越来越多。传统的垂直度检测方法如大理石角尺配合干分表方法受标准角尺大小的限制只能应用于小型机器:另外采用四象限等传感器方法,则因传感器的精度漂移和读数稳定性容易受到环境变化的影响,使得其应用范围大大受限。 激光干涉仪是通过激光波长溯源的原理来实现数控机床几何精度及定位精度检测,激光干涉仪主要可以对数控机床进行线性、角度、直线度、垂直度、转轴测量等,下面就来一一讲解。 2.测量应用 2.1.线性测量 2.1.1.线性测量构建 要进行线性测量,需使用随附的两个外加螺丝将其中的一个线性反射镜安装在分光镜上,组装成“线性干涉镜”。线性干涉镜放置在激光头和线性反射镜之间的光路上,用它的反射光线形成激光光束的参考光路,另一束光入射到线性反射镜,通过线性反射镜的线性位移来实现线性测量。如下图所示。 线性测量构建图

水平轴线性测量样图垂直轴线性测量样图 2.1.2.线性测量的应用 激光干涉仪可用于精密机床定位精度、重复定位精度、微量位移精度的测量。测量时在工作部件运动过程中自动采集并及时处理数据。 激光干涉仪应用于机密机床校准 2.2角度测量 2.2.1.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,测试时角度反射镜 和角度干涉镜必须有一个相对旋转,相对旋转后两束光的光程差就会发生变化,而光程 差的变化会被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。

角度测量原理及测量构建 水平轴俯仰角度测量样图水平轴偏摆角度测量样图 2.2.2.角度测量的应用 机床准直平台/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。

雷尼绍XL80激光干涉仪操作手册

镭射干涉仪操作手册

手册内容 一.RENISHAW 公司简介 1 二.镭射干涉仪原理 2 (1)波的速度 3 (2)干涉量测原理 3 (3)镭射干涉仪 4 (4)镭射干涉仪一般量测项目 4 三.注意事项 5 四.镭射干涉仪防止误差及保养 5 (1)镭射干涉仪防止误差 5 (2)镭射干涉仪保养方法 6 五.安全及注意事项 6 六.镭射光原理及特性7 七.镭射硬件介绍8 八.镭射架设流程图15 九.定位量测原理及操作16 (1)线性定位量测原理16 (2)量测方式17 十.镭射易发生之人为架设误差20 (1)死径误差20 (2)余弦误差21 (3)阿倍平移误差21 十一.镭射操作之步骤22 (1)软件安装之步骤22 (2)执行量测软件22 (3)定位量测硬件架设之操作23 (4)镜组架设前之注意事项24 (5)镜组架设之步骤24 十二.定位量测之程序范例29 十三.定位量测之软件操作步骤30 热漂移量测38 快速功能键44 十四.动态软件量测之操作45 (1)动态量测硬件之架设45 (2)执行量测之软件46 (3)位移与时间48 (4)速度与时间49 (5)加速度与时间50 十五.角度量设之操作52 (1)注意事项52 (2)镜组架设的种类53 (3)镜组架测之步骤54 (4)角度量测之软件操作步骤57 十六.RX10旋转轴之量测62 (1)说明62

(2)硬件配件之介绍62 (3)硬件操作之步骤64 (4)软件操作之步骤67 十七.直度量测之操作75 (1)直度之分类75 (2)直度量测之硬件架设75 (3)镜组架设之步骤75 (4)直度软件之操作步骤80 十八.Z轴直度镜组织架设方法85 十九.垂直度量测之操作89 (1)垂直度镜组架设之步骤89 (2)软件操作之步骤95 二十.平面度量测之原理与操作101 (1)硬设备101 (2)操作之原理102 (3)镜组架设之步骤102 (4)软件操作之步骤110

迈克耳孙干涉仪测光波波长

迈克耳干涉仪 1881年迈克耳(Michelson,1852—1931)制成可以测定微小长度、折射率和光波波长的第一台干涉仪。后来,他又用干涉仪做了3个闻名于世的重要实验:迈克耳—莫雷(Morley,1838—1923)“以太”漂移实验,实验结果否定了“以太”的存在,解决了当时关于“以太”的争论,并确定光速为定值,为爱因斯坦(Einstein,1879—1955)发现相对论提供了实验依据;迈克耳与莫雷最早用干涉仪观察到氢原子光谱中巴耳末系的第一线为双线结构,并以此推断光谱线的精细结构;迈克耳首次用干涉仪测得镉红线波长(λ=643.84696nm),并用此波长测定了标准米的长度(1m=1553164.13镉红线波长)。此外,迈克耳于1920年用一台高分辨率的干涉仪测量猎户星座一等变光星的直径约为太阳直径的3倍,这是人类首次精确测量太阳之外的恒星的大小。 迈克耳干涉仪在近代物理和近代计量技术中起了重要作用。今天迈克耳干涉仪已被更完善的现代干涉仪取代,但它的基本结构仍然是许多现代干涉仪的基础。 【预习重点】 (1)迈克耳干涉仪的构造原理和调节使用方法。 (2)薄膜的等倾干涉和等厚干涉。 (3)如何利用迈克耳干涉仪测量光的波长。 参考书:《光学》,母国光、战元龄编,第八章;《光学》上册,凯华、钟锡华编,第三章。 【仪器】 迈克耳干涉仪、低压钠灯、白炽灯、带“T”标志的毛玻璃片。

图33—1迈克耳干涉仪 1—分束器G 1;2—补偿板G 2 ;3—可动反射镜M 1 ;4—固定反射镜M 2 ;5 —反射镜调节螺丝;6—导轨;7—水平拉簧螺丝;8—垂直拉簧螺丝;9—微调手轮;10—粗调手轮;11—读数窗口;12—光屏 迈克耳干涉仪是根据分振幅干涉原理制成的精密实验仪器,主要由4个高品质的光学镜片和一套精密的机械传动系统装在底座上组成(图33—1)。其中 作为分束器的G 1是一面镀有半透膜的平行平面玻璃板,与相互垂直的M 1 和M 2 两个反射镜各成45°角,它使到达镀镆处的光束一半反射一半透射,分为两个 支路Ⅰ和Ⅱ(图33—2所示),又分别被M 1和M 2 反射返回分束器会合,射向 观察位置E。补偿板G 2平行于G 1 ,是一块与G 1 的厚度和折射率都相同的平行 平面玻璃。它用来补偿光束Ⅱ在分束器玻璃中少走的光程,使两光路上任何波长 的光都有相同的程差,于是白光也能产生干涉。M 2是固定的,M 1 装在拖板上。 转动粗调手轮,通过精密丝杠可以带动拖板沿导轨前后移动,导轨的侧面有毫米直尺。传动系统罩读数窗口的圆分度盘每转动1格,M 1 镜移动0.01mm,右 侧的微调手轮每转动1个分格,M 1镜只移动10-4mm,估计到10-5mm。M 1 和 M 2的背后各有3个调节螺丝,可以调节镜面的法线方位。M 2 镜水平和垂直的拉 簧螺丝用于镜面方位的微调。

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