激光干涉仪原理及应用概述
激光干涉仪
原理及应用概述
线性测量
平面度测量
直线度测量回转轴测量垂直度测量
角度测量
简介 1 - 3测量和校准产品 4 - 5干涉测量法的原理 6 - 9波长补偿 10 - 11系统概述 12
激光系统应用 13
线性测量原理 14 - 17角度测量原理 18 - 19直线度测量原理 20 - 21垂直度测量原理 22 - 23平行度测量原理 24 - 25对角线垂直度测量原理 26
平面度测量原理 27
回转轴测量原理 28 动态测量原理 29 - 32双轴激光测量 33
系统组件及附件 34 - 35常见问题解答 (FAQ) 36 - 39 XL-80激光干涉仪系统主要规格 40 - 41参考 42
公司简介
Renishaw 公司是世界领先的计量解决方案供应商，致力于提高制造业和科研的生产力。
公司成立于1973年，提供坐标测
量机、数控机床及电子和半导体行业制造自动化系统的解决方案。产品包括各种测头、校准、光栅、编码器、数字化扫描及光谱系统。
Renishaw 坚信，成功源于专利和
创新产品及工艺、高质量制造技术以及为所有市场就近提供客户支持的能力 — 这依然体现了公司成立之初的朴素理念：
? 创新的产品设计提供具有专利的突 破性解决方案
? 创新的制造技术保证了性价比优异 的高质量产品
? 优质的客户支持和服务，卓而不群? 通过新产品和扩大市场调研实现公 司的有机增长
Renishaw 的New Mills 总部
本应用指南全面介绍了干涉测量法和Renishaw
的相关产品，供销售代表、经销商和客户使用。
公司宗旨
Renishaw 公司设计、制造和供应最高质量和可靠性的计量系统以使全世界的用户能实现按溯源标准的几何尺寸测量。
我们提供的产品会提高您的产品
质量和效率，我们将通过优质的用户服务令全体客户满意。
我们的目标是不断鼓励创新，提
供前沿技术，以满足客户的要求。我们致力于通过不断开发产品和制造技
术，获得稳定的增长。
Renishaw 希望成为公认的行业和
社会的领导者和贡献者。
我们希望以关爱、开放和诚实的
方式实现我们的目标。
Renishaw 是一个重视环保和有
责任感的公司。我们将努力确保我公司各方面的业务不对环境产生不利影
响。
1
历史 －
因创新而诞生
? 1973年发明了世界上首个三 维触发式测头，用以解决 Olympus (Concorde) 喷气 发动机的燃油管测量问题? 通过专利创新技术实现有 机增长? 1983年上市
? Renishaw 测头系统用于控制工序 质量
? 针对制造方法的设计缩短了开发新产品的时间间隔
? 在英国和爱尔兰设有四个机械和电子装配厂
分公司所在地
澳大利亚 ? 奥地利 ? 巴西 ? 加拿大 ? 中国（北京、上海、广州、沈阳、青岛、成都） ? 捷克 ? 法国 ? 德国 ? 香港 ? 台湾 ? 印度 ? 爱尔兰 ? 以色列 ? 意大利 ? 日本 ? 荷兰 ? 波兰 ? 俄罗斯 ? 斯洛维尼亚 ? 韩国 ? 西班牙
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
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
? 研发和工程设计投资不断增长，2006年研发费用占营业额16%以上 ? 随着越来越多的子公司和代表处的成立，销售网络不断壮大 ? 全球员工逾2000
工艺革新
? Renishaw 制造自己的产品 ? 获奖的RAMTIC 制造系统
? Renishaw 自动铣削、车削和检测 中心
? 每天24小时 /每周 7天不间断运行
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
Renishaw 设有7个产品部门：? CMM – 坐标测量机用产品和传感器? 机床 – 工件检测、工件找正、对刀 及刀具破损检测测头
? 牙科和数字化扫描 – 用于逆向工程 及牙科应用的数字化扫描产品? 激光和校准 – 激光干涉仪（包括激 光尺）、球杆仪及转台? 光栅 – 直线光栅及圆光栅产品? 拉曼 – 光谱仪系统
? 测针 – 各种测头应用所需的测针
新产品及市场开发
新产品：
? 高速扫描系统? CMM 控制器? 直线光栅 / 圆光栅? 非接触式对刀系统? 牙科扫描机? 拉曼光谱仪
? 光导纤维传导的激光尺
新市场：
? 牙科? 电子? 半导体? 艺术品修复? 刑侦科学?
电机
快捷的服务与支持
无论您身在何处，都能享受到应用及产品支持
? Renishaw 在20多个国家/地区设有 办事处
? 专家型应用工程师对新应用及现有 设备的支持提供建议
? 服务快捷，让您的业务永不间断? 很多产品提供可选的高级RBE （换 修）服务 — 我们在您提出请求的 当天即可发出更换件
? 故障排除及常见问题解答，请登录
https://www.wendangku.net/doc/b18114254.html,/support
3
? 自1985年以来，Renishaw 一直积极致力于激光干涉技术
的研发
? 1987年首次推出ML10校准激光干涉仪
? 2001年推出ML10 Gold Standard 激光干涉仪，它是当今
世界领先的校准系统
? 目前有数千台系统在全球得到使用
? 2007年推出XL-80校准激光干涉仪，性能更强大
ML10 Gold Standard 校准激光干涉仪
ML10 Gold 和XL-80标准系统
? Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) — 德国国 家实验室已对一系列ML10 Gold Standard 激光系统进行了
校准
? 结果显示精度 < ±0.2 ppm （包括空气和材料补偿）? 它们是PTB
所见证的最精确的系统之一XL-80
校准激光干涉仪
角度
垂直度
转台
平面度
直线度
线性
EC10补偿系统
DX10接口模块
便携式或台式计算机
ML10激光头
Gold Standard 激光测量系统
光学镜组
4
Renishaw 激光干涉反馈系统的发展
? 1993年，Renishaw 应客户要求提供一个ML10激光头用于反馈应用? 于是，技术成熟的ML10激光校准系统经改装成为HS10激光尺系统? 现在已有数百套这样的系统得到应用，大部分安装在长轴机床上? 迄今为止HS10控制的最长的轴为60米（196英尺）
HS10激光头
RLE 光导纤维激光尺 — 系统概述
? 由于其物理尺寸及输出分辨率所限，HS10不适合用在机床市场以外的很多 应用场合
? 为了增强应用的灵活性，RLE 光导纤维激光尺应运而生，它集干涉仪的性能
水平与光栅的简便性于一体
? 第一代RLE10于2001年7月推出
Henri Line
Giddings & Lewis
Asquith
RLE 系统
RLD10 0
°
RLD10 90°
RLD10 DI
（差动干涉仪）
HS10
激光尺应用
5
激光
? 当高压连接在阳极和阴极之间时，混合气体被激发，形成激光光束? 当激光光束在两个反射镜之间来回共振时激光光强被放大? 一些光透射出阳极反射镜，成为输出激光光束
激光输出可被视为正弦光波。
? 从激光头射出的光波有三个关键特性： ? 波长精确已知，能够实现精确测量
? 波长很短，能够实现精密测量或高分辨率测量
? 所有光波均为同相，能够实现干涉条纹
氦氖激光管
? LASER 是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 的缩写，意为通过受激发射线的
放射达到光的放大，即激光
? 大多数现代位移干涉仪都使用氦氖 (HeNe) 激光管。这些激光管具有633纳米 (nm) 的波长输出 ? 氦氖激光管的构成如下所示：
? 激光光束包含两种正交模式（在上图中分别用红色和蓝色表示）? 这两种模式具有相近的频率（它们相差2 ppm ）但处于垂直极化状态? 激光增益曲线在下页显示
阴极
波长
阳极
玻璃管
反射镜
反射镜
氦氖 (HeNe) 混合气体
输出光束
阳极 (1000V)
阴极 (0V)
激光管
镇流电阻器（阻止电气震荡）
高压 (HT)
电源
激光增益曲线
强度
频率
不相等
F 1 F 2
? 两种模式的强度用光敏二极管测量，通过加热器控制激光管长度来实现平衡? 这使激光稳频精度保持在± 0.05 ppm 以内? 激光实现稳定输出后，即可用于进行干涉测量
线性干涉原理
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 镜 (C) 上，形成测量光束
(B) 固定角锥反射镜
(A) 分光镜
输入光束参考光束
测量光束叠加光束
(C) 移动角锥反射镜
光敏二极管
偏振分光镜
控制电子元件
加热器线圈
? 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
干涉
? 角锥反射镜将两束光返回到分光镜中，光束叠加并彼此干涉，可能是： ? 相消干涉（如果两束光中的相位相反）。在此情况下，一束光的峰值被波谷抵消，产生暗条纹 ? 也可能是相长干涉（如果两束光中的相位相同）。在此情况下，一束光的峰值被另一束光的波
峰加强，产生明条纹
运动测量
? 如果测量光路长度改变（角锥反射镜C 移动），干涉光束的相对相位将改变? 由此产生的相长干涉和相消干涉的循环将导致叠加光束强度的明暗周期变化
? 角锥反射镜每移动316 nm （因为此移动会造成633 nm 的光路长度变化），就会出现一个光强变化
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
叠加光束的干涉条纹
角锥反射镜
(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
输入光束
反射光束
一个角锥反射镜紧紧固定在分光镜上，形成固定长度参考光束。另一个角锥反射镜相对于分光镜移动，形成变化长度测量光束。
从激光头射出的激光光束 (1) 具有单一频率，标称
波长为0.633 μm ，长期波长稳定性（真空中）优于0.05 ppm 。当此光束到达偏振分光镜时，被分成两束光 — 反射光束 (2) 和透射光束 (3) 。这两束光被传送到各自的角锥反射镜中，然后反射回分光镜中，在嵌于激光头中的探测器中形成干涉光束。
如果两光程差不变化，探测器将在相长干涉和相消
干涉的两端之间的某个位置观察到一个稳定的信号。
尽管目前的干涉仪更为精密，但测量距离精度达到±0.5 ppm 或更高时仍采用上述基本原理。
如果两光程差发生变化，每次光路变化时探测器都
能观察到相长干涉和相消干涉两端之间的信号变化。这些变化（条纹）被数出来，用于计算两光程差的变化。测量的长度等于条纹数乘以激光波长的一半。
应当注意到，激光波长将取决于光束经过的空气的
折射率。由于空气折射率会随着气温、压力和相对湿度的变化而变化，用于计算测量值的波长值可能需要对这些环境参数的变化进行补偿。在实践中，对于技术指标中的测量精度，只有线性位移（定位精度）测量需要进行此类补偿，在这种情况下两束光的光程差变化可能非常大。
干涉测量法的原理
角锥反射镜
角锥反射镜
移动
分光镜
侧视图
激光源
探测器
线性定位测量精度取决于激光波长的已知精度。这不仅与激光的稳频精度有关，而且还与周围环境参数有关。尤其是气温、气压和相对湿度将会影响激光光束的波长（在空气中）。
如果不对波长的变化进行补偿，激光线性测量误差可能达到50 ppm 。即使在温度受控的房间内，日常的空气
压力变化也可能使波长变化达20 ppm 以上。作为参考，以下每项环境条件的变化都将导致大约1 ppm 的误差：空气温度 1°C (1.8°F)
空气压力
3.3 mbar (0.098 in Hg)相对湿度（20°C 时） 50%相对湿度（40°C 时） 30%
注：这些值是在最恶劣条件下的影响值，并且它们并非完全不受其他参数值的影响。可采用环境补偿单元通过埃德伦公式来减小这些误差。
201816
141210 8 6 4 2 0
误差 p p m
已补偿
误差源高度空气温度空气湿度空气压力激光频率
埃德伦公式
C
n s = 1 + 10- 8 [A + B (130 - S ) + ______ ]
(38.9 - S )
1 + 10-8(E - Ft)p
p(n s - 1)X
292.75 其中：
1
A 、
B 、
C 、
D 、
E 、
F 、
G 为常量，S = ____
λ
2
n s 为标准空气的折射率（温度为10°C ，压力为101325 Pa 下二氧化碳的容积为450 ppm 的干燥空气 ）n tp 为在温度t （单位摄氏度）和压力p （单位帕斯卡）情况下的干燥空气折射率n tpf 为湿空气折射率
P v 为水蒸汽的部分压力 (Pa)λ 为激光的真空波长
p 为空气压力（单位帕斯卡）t 为空气温度（单位摄氏度）
x = [ ______________ ]
(1 + Gt )1+10-8(E - Ft )p n tp =1 + __________
D p (n s
- 1)X n tpf = n t p - 10
- 10
[ _________ ]
[3.7345 - 0.0401S ]p v (t + 273.15)
292.75
XC测量气温、气压和湿度，然后使用埃德伦公式计算空气折射率（及激光波长）。这样，激光读数自动得到调整，以补偿激光波长的变化。自动系统的优点是无需用户干
预及经常进行补偿更新。
空气温度传感器的放置位置
X C-80环境补偿单元提供的空气温度传感器安装在一个带强磁力的圆柱底座上，这样它就可以“夹”到机器上或Renishaw 安装组件基板或安装支柱上。或者也可使用专用孔用螺钉锁定，或用传感器下方凹槽中的O形环“真空”夹紧。
空气温度传感器应尽量靠近激光光束的测量路径并应大致处于运动轴的中间位置。避免把传感器安装在局部热源例如电机或冷气流附近。
在测量长轴时，应检查是否存在温度梯度的情况。如果沿轴方向的气温变化超过1°C，应使用风扇使空气循环流通。（这对于长垂直轴尤其应该注意，因为在这种情况下更可能发生气温渐变。）避免让传感器信号导线靠近大的电子干扰源，例如高功率电机或直线电机。
气压 / 相对湿度传感器
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。这是因为只有在压力和湿度出现很大的变化时才会产生明显的测量误差，而在整个工作区域，压力和湿度都不会有显著的变化。但是，相对湿度传感器应当远离热源或气流。
在校准长度超过10米的垂直轴时，还建议将压力传感器放在运动轴的中间位置。
XL-80激光头、XC-80
补偿器和传感器
注意
为了保证热稳定性，气温
传感器应当置于测量环境中
15分钟后再开始测量。
注意
切勿将Renishaw空气温度
传感器放置在计算机磁盘或磁
带或任何可能被传感器磁场损
坏的物体附近。
系统具有模块化结构，您可以从Renishaw 的一系列产品中选择组件，以满足您的具体测量需求。
XC-80
XL-80
基本线性测量配置
XL-80
全套系统
线性角度直线度垂直度平面度转台
XL-80
数控机床PCB
钻孔机
航空和航天
坐标测量机制造商
电加工机床、快速成型技术、切割机（激光/水切割）
高清晰度印刷
用于平板显示 (FPD) 检测的XY 平台/太阳电池板
半导体（焊线机、表面安装技术、非接触断面仪）
汽车
质量控制及校准服务供应商 传感器校准
生物科技? 液体处理
? DNA 微阵列制作
军事
? 军用车辆工业? 水下潜航器? 军火工业
学术及研发
国家标准实验室（膨胀系数测定仪）
激光系统应用
数据采集的方法如下：将机器沿着测试轴移动
到若干个不同位置（或“目标”），然后测量机器的误差。您可以编写“零件程序”，将机器从一个目标位置移到下一个目标位置，并在每个目标位置暂停几秒钟。在每次暂停过程中进行测量。
线性测量原理
线性测量配置
水平轴
垂直轴测量分析
要对线性测量进行设定，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。这个组合装置称为“线性干涉镜”，它形成激光光束的参考光路。线性干涉镜放置在激光头和线性
反射镜之间的光路上，如下图所示。
侧视图
激光头
参考光束
线性干涉镜分光镜线性反射镜
测量光束
运动轴
线性反射镜
激光头
侧视图
测量反射镜
运动轴
参考反射镜
线性干涉镜
侧视图
参考反射镜
激光头
线性干涉镜
测量反射镜
1. 用于机器轴误差拟合的线性轴测量（印刷电路板钻床、机床、 坐标测量机等）
您需要
- 误差补偿软件
补偿前补偿后
2. 高精度机械元件校准
3. 高精度传感器校准
您需要
- 线性测量光学镜组 x 2 - 固定转向镜（90度） - 四分之一波片
您需要
- 线性测量光学镜组
? 高效率自动检测
Renishaw 为多种机床控制器提
供了机床误差自动补偿软件包。控制器制造商提供了一种功能，允许您通过指定每个机床轴的补偿值来消除机床定位系统中的任何误差。线性及回转定位误差都可以进行补偿。通过进行补偿，您可以将误差降低到几乎为零的程度，显著提高了机器精度。这是一个完美的设想，但必
? 系统使用内置于特制测试装置 的Renishaw 激光系统校准 光步规和量棒，提供可溯源的 校准
测试装置应用
? R e n i s h a w 提供特殊的光学镜 组合，用于消除阿贝 (Abbe ) 偏置 误差。（激光测量 (L1+L2)/ 2，如 左侧的图所示）
? Renishaw 环境补偿单元也对环境 条件进行监控
测量这些误差，并用补偿软件进行记录，可以轻松获取在轴上多点测量的误差表。这些误差能够被转译成补偿值，控制器可在移动工件沿轴移动时使用这些补偿值。Renishaw 定位误差补偿软件作为标准Renishaw LaserXL?校准软件的附加选项提供。软件提供“循序渐进”的用户界面，指导您完成误差补偿的各个步骤。
须知道要获得误差补偿值，您必须首先在轴上的不同点测量移动工件的预期位置和实际位置之间的微小差异。幸运的是，已经有了一个解决方案：Renishaw 激光干涉仪系统和定位误差补偿扩展软件包配合使用。需要测量的误差可能被认为很小，即微米左右，然而这种误差在一个轴上的累计结果可能会相当大。使用激光干涉仪
激光头
角锥反射镜接触式测头
被测量棒终点挡板
干涉镜
L2
L1
线性光学
镜组
被测传感器
机动平台
平衡差动光路线性平面干涉镜
5. 用于精密透镜测量（直径）的极坐标测量系统
6. 平面镜干涉测量法
? 速度达50 Hz 的高分辨率测量? 纳米运动高分辨率测量
4. 材料研究或机电学
您需要
- 线性测量光学镜组
- 固定转向镜（90度）
您需要
- 线性角锥反射镜 - 角度干涉镜
- 四分之一波片 x 3 - 平面镜 x 2
平面干涉镜使用平面镜而不是角锥反射镜返回测量光束测量线性位移。平面镜的优势在于比Renishaw 标准角锥反射镜重量轻，这就使得平面干涉镜适合于振动分析的应用场合。另外，它允许测量光学镜组沿与测量方向成90度方向移动，因此非常适合测量XY 坐标工作台。
Renishaw 提供两种平面反射镜系统。
您需要
- 线性测量光学镜组 - 平面镜
- 四分之一波片
您需要
- 线性干涉镜 - 线性角锥反射镜 - 四分之一波片 X2 - 平面镜 X2
激光源
角锥反射镜
参考光束
波片
平面镜角锥反射镜
分光镜
激光源
参考光束
第1平面镜
第2平面镜
四分之一平面镜
角度分光镜 + 线性角锥反射镜 + 3个四分之一波片
被测压电晶体样品
透镜
激光头
激光头
i) 双光束双光程平面干涉镜
ii)
高稳定性双光束双光程平面干涉镜
平面镜类的平面干涉镜安装方式也可用于下图所示的测量或位置反馈，使光束与工作点处于同一
水平并对准加工点（如刀具端部），从而消除阿贝偏置误差。
7. 基于透镜的平面干涉镜
激光和传统的光学镜组组合使用往往无法完成要求的工作。这可能是因为传统的角锥反射镜太大或太重，无法固定在移动的物体上，或可能影响该物体的移动。可以采用略微不同的光学镜设定，使用平面镜而不是线性角锥反射镜将激光光束返回到激光头上。在某些情况下，可用一个简单的反射面代替平面镜。
此系统是传统的干涉镜的简易变体，透镜位于分光镜/
干涉仪组合的后面，使光束向下集中照射到平
面镜的一个斑点上。由于斑点极小，经过仔细准直，可以使用很小的平面镜，如5 mm ，而且质量可以很轻。不过测量范围限于几百微米。如果检验如机器主轴的振动/共振，这种平面镜可能非常有用，它可直接粘到主轴上，如果主轴经过抛光处理，可使用主轴表面作为反射面。
8. 小型光学镜组件
对于光学镜重量或尺寸可能影响机器动态性能或光学镜安装遇到困难的应用场合，Renishaw 还提供
小型光学镜组件，详见下图：
? 最大限度降低重量对机器动态性能的影响
? 安装方式具有更大的灵活性（螺钉安装或磁力安装）? 重量 < 10 g ，尺寸 = 12 mm 直径
x 19 mm
工件平面镜
无偏置
XY 平台
工件
平面镜
光纤传导
RLD10发射头
RLD10发射头
光纤传导
小角锥
要进行角度测量，一个光学组件（角度反射镜）必须相对于另一个光学组件（角度干涉镜）旋转。这将导致两条测量光束之间的光程差发生变化，如下所述。光程差的这种变化由XL-80激光系统中的条纹计数器确定，并且由软件转换成角度测量值或角度误差。
角度测量配置
水平轴
垂直轴
测量分析
角度测量原理
俯视图
激光头
角度干涉镜运动轴
角度反射镜
扭摆运动
侧视图
角度反射镜
角度干涉镜 激光头
俯仰运动
运动轴
测量光束
侧视图
激光头
角度反射镜俯仰或扭摆运动
运动及测量轴
角度干涉镜
激光干涉仪报告讲解
机械工程综合实 践 实验报告 课程名称机械工程综合实践 专业精密工程 指导教师彭小强 小组成员刘强14033006 谌贵阳 吴志明 实验日期2012.4.2—2011.6.25 国防科学技术大学机电工程与自动化学院
目录 1激光干涉仪 1.1激光干涉仪介绍 1.2激光干涉仪原理 2 激光干涉仪测量机床的直线度 2.1实验器材以及平台的搭建 2.2激光干涉仪的调试 2.3直线度的测量 3 激光干涉仪测量机床的重复定位精度3.1实验器材以及平台的搭建 3.2激光干涉仪的调试 3.3重复定位精度的测量 4 实验分析与总结
目录 一、实验目的与任务 (2) 二、实验内容与要求 (2) 三、实验条件与设备 (2) 四．实验原理 (3) 1.定位精度测量 (3) 2.直线度测量 (4) 五、实验步骤 (5) 1.设定激光测量系统 (5) 2.调整激光光束，使之与机器运动轴准直。 (5) 3.数据记录与数据处理 (6) 六、实验过程和结果 (8) 1.X轴定位精度 (8) 2.X轴直线度 (9) 3.误差分析 (11) 七、实验总结与体会 (14) 1.实验总结 (14) 2.实验心得体会 (14) 3.对课程的一些建议 (14)
综合实践3 伺服系统运动精度建模与评价 一、实验目的与任务 通过对三轴机床的X轴进行定位误差实验，使学生掌握一般机构空间运动精度的测量与分析评价方法。主要内容包括了解双频激光干涉仪测量位移的基本原理，掌握利用双频激光干涉仪测量机床进给轴的定位误差的方法，深刻理解轴运动的精度的概念。在对机床进给轴运动定位误差测量的基础上，分析机床的运动误差。 二、实验内容与要求 （1）直线轴运动误差测量。利用双频激光干涉仪建立直线轴定位精度、直线度、姿态误差的测量系统，并对机床典型三维进给机构各轴的运动误差进行测量，分析测量结果的不确定度； （2）垂直度测量。任选进给机构两轴，利用双频激光干涉仪建立两轴垂直度的测量系统，并对垂直度进行测量，并对测量结果进行评价； （3）典型三维进给机构的精度建模。在分析多轴进给机构拓扑结构的基础上，用多体系统理论和变分法建立多轴进给机构运动空间各点的运动误差传递模型； （4）典型三维进给机构的精度分析与评价。在测量得到的进给机构轴运动误差的基础上，利用所建立的精度模型，对机构的典型运动轨迹如直线、圆弧、平面等的运动误差进行分析，并对分析结果的不确定度进行评价。 三、实验条件与设备 双频激光干涉仪，含直线度、定位精度测量组件。具体如图1所示。 （图1 定位精度测量组件直线度测量组件）
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。
光学干涉测量技术
光学干涉测量技术 ——干涉原理及双频激光干涉 1、干涉测量技术 干涉测量技术和干涉仪在光学测量中占有重要地位。干涉测量技术是以光波干涉原理为基础进行测量的一门技术。相干光波在干涉场中产生亮、暗交替的干涉条纹，通过分析处理干涉条纹获取被测量的有关信息。 当两束光亮度满足频率相同，振动方向相同以及相位差恒定的条件，两束光就会产生干涉现象，在干涉场中任一点的合成光强为： 122I I I πλ=++ 式中△是两束光到达某点的光程差。明暗干涉条纹出现的条件如下。 相长干涉（明）： min 12I I I I ==+ （ m λ=） 相消干涉（暗）： min 12I I I I ==+-， （12m λ? ?=+ ??? ） 当把被测量引入干涉仪的一支光路中，干涉仪的光程差则发生变化。通过测量干涉条纹的变化量，即可以获得与介质折射率和几何路程有关的各种物理量和几何量。 按光波分光的方法，干涉仪有分振幅式和分波阵面式两类。按相干光束传播路径，干涉仪可分为共程干涉和非共程干涉两种。按用途又可将干涉仪分为两类，一类是通过测量被测面与参考标准波面产生的干涉条纹分布及其变形量，进而求得试样表面微观几何形状、场密度分布和光学系统波像差等，即所谓静态干涉；另一类是通过测量干涉场上指定点干涉条纹的移动或光程差的变化量，进而求得试样的尺寸大小、位移量等，即所谓动态干涉。 下图是通过分波面法和分振幅法获得相干光的途径示意图。光学测量常用的是分振幅式等厚测量技术。 图一 普通光源获得相干光的途径 与一般光学成像测量技术相比，干涉测量具有大量程、高灵敏度、高精度等特点。干涉测量应用范围十分广泛，可用于位移、长度、角度、面形、介质折射率的变化及振动等方面的测量。在测量技术中，常用的干涉仪有迈克尔逊干涉仪（图二）、马赫-泽德干涉仪、菲索
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?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： 122 D 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()222 t 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 t D 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。其干涉光路的工作原理和测长的相似，只不过测量的位移变成了两个角锥棱镜的相对位置变化—D 。于是，在小角度的情况下，我们得到角度测量结果（弧度）为： D L α= (1-5) 三、 实验步骤 1． 在实验箱中找出需要用的零部件（不用的不要拿出）： （1） P T-1105C 激光头、（2）PT-1303C 高速接收器、（3）PT-1201A 线性干涉仪、（4） PT-1202A 全反射组件、（5）PT-1210A 角度干涉组件、（6）角度靶镜、（7） PT-1801B 通用调节架、（8）连接电缆 各部件外形图如下所示：
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
激光干涉仪检测方法
FANUC、OKUMA机床的激光干涉仪检测方法 一、光的相干性 二、激光干涉法测距原理 三、FANUC螺补参数的设定 四、关于FANUC系统正负方向补偿号的计算方法 五、FANUC的检测用程式 六、OKUMA螺补参数的设定 七、OKUMA检测程式 八、检测值输入的方法
一、光的相干性 相長性干涉 當兩個波長相同的光束波形同步射出時，其波峰位置會如下圖 2 一般重合，固稱為“相長性干涉”。在相長性干涉的情況下，輸出波的振幅等於兩個輸入波的振幅之和。 ?相消性干涉 當兩個相干光束波形以180°的相位差異步射出時，一個輸入光束的波峰位置會如下圖3 一般與另一個輸入光束的波谷重合，固稱為“相消性干涉”。在相消性干涉的情況下，兩個輸入波會互相抵消而產生暗淡的光
二、激光干涉法测距原理 图片： 根据光的干涉原理，两列具有固定相位差，而且有相同频率、相同的振动方向或振动方向之间夹角很小的光相互交叠，将会产生干涉现象，如图所示。由激光器发射的激光经分光镜A分成反射光束S1和透射光束S2。两光束分别由固定反射镜M1和可动反射镜M2反射回来，两者在分光镜处汇合成相干光束。若两列光S1和S2的路程差为Nλ(λ为波长，N为零或正整数)，实际合成光的振幅是两个分振幅之和，光强最大。当S1和S2的路程差为λ/2(或半波长的奇数倍)时，合成光的振幅和为零，此时光强最小。 激光干涉仪就是利用这一原理使激光束产生明暗相间的干涉条纹，由光电转换元件接收并转换为电信号，经处理后由计数器计数，从而实现对位移量的检测。由于激光的波长极短，特别是激光的单色性好，其波长值很准确。所以利用干涉法测距的分辨率至少为λ/2，
激光焊接基本原理讲解-共14页
一、激光基本原理 1、 LASER 是什么意思 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(通过诱导放出实现光能增幅的英语开头字母 2、激光产生的原理 激光――“受激辐射放大”是通过强光照射激光发生介质,使介质内部原子的电子获得能量,受激而使电子运动轨道发生迁移,由低能态变为高能态。处于激发态的原子,受外界辐射感应,使处于激发态的原子跃迁到低能态,同时发出一束光;这束光在频率、相位、传播方向、偏振等方面和入射光完全一致,此时的光为受激辐射光。 为了得到高能量密度、高指向性的激光,必须要有封闭光线的谐振腔,使观光束在置于激光发生介质两侧的反射镜之间往复振荡,进而提高光强,同时提高光的方向性。含有钕 (ND的 YAG 结晶体发生的激光是一种人眼看不见的波长为 1.064um 的近红外光。这种光束在微弱的受激发情况下,也能实现连续发振。 YAG 晶体是宝石钇铝石榴石的简称,具有优异的光学特性,是最佳的激光发振用结晶体。 3、激光的主要特长 a 、单色性――激光不是已许多不同的光混一合而成的,它是最纯的单色光 (波长、频率 b 、方向性――激光传播时基本不向外扩散。 c 、相干性――激光的位相 (波峰和波谷很有规律,相干性好。 d 、高输出功率――用透镜聚焦激光后,所得到的能量密度是太阳光的几百倍。 二、 YAG 激光焊接
激光焊接是利用激光束优异的方向性和高功么密度等特点进行工作。通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内,在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区,从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。 常用的激光焊接方式有两种:脉冲激光焊和连续激光焊。前者主要用于单点固定连续和薄件材料的焊接。后者主要用于大厚件的焊接和切割。 l 、激光焊接加工方法的特征 A 、非接触加工,不需对工件加压和进行表面处理。 B 、焊点小、能量密度高、适合于高速加工。 C 、短时间焊接,既对外界无热影响,又对材料本身的热变形及热影响区小,尤其适合加工高熔点、高硬度、 特种材料。 D 、不需要填充金属、不需要真空环境 (可在空气中直接进行、不会像电子束那样在空气中产生 X 射线的危险。 E 、与接触焊工艺相比 . 无电极、工具等的磨损消耗。 F 、无加工噪音,对环境无污染。 G 、微小工件也可加工。此外,还可通过透明材料的壁进行焊接。 H 、可通过光纤实现远距离、普通方法难以达到的部位、多路同时或分时焊接。 I 、很容易改变激光输出焦距及焊点位置。 J 、很容易搭载到自动机、机器人装置上。
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。
激光的理论基础讲解
激光的理论基础 直到二十世纪初，人们才在实验的基础上揭开了原子结构的奥秘。原子结构像是一个小小的太阳系，中间是原子核，电子围绕原子核不停地旋转，同时也不停地自转。原子核集中了原子的绝大部分质量，但却只占有很小的空间。原子核带正电，电子带负电，一般原子核与电子所携带的正负电荷数量相等，因此对外呈中性。电子绕核旋转具有一定的动能，同时负电荷的电子与正电荷的原子核之间存在着一定的位能。所有电子的动能与位能之和就是整个原 直到二十世纪初，人们才在实验的基础上揭开了原子结构的奥秘。原子结构像是一个小小的太阳系，中间是原子核，电子围绕原子核不停地旋转，同时也不停地自转。原子核集中了原子的绝大部分质量，但却只占有很小的空间。原子核带正电，电子带负电，一般原子核与电子所携带的正负电荷数量相等，因此对外呈中性。电子绕核旋转具有一定的动能，同时负电荷的电子与正电荷的原子核之间存在着一定的位能。所有电子的动能与位能之和就是整个原子的能量，称为原子的内能。 这种原子模型是1911年由英国科学家卢瑟福提出的。紧接着，1913年，丹麦物理学家玻尔提出了原子只能处于由不连续能级表征的一系列状态——定态上，这与宏观世界中的情况大不相同。人造卫星绕地球旋转时，可以位于任意的轨道上，也就是说可具有任意的连续变化的能量。而电子在绕核运动时，却只能处于某些特定的轨道上。从而原子的内能不能连续的改变，而是一级一级分开的，这样的级就称为原子的能级。 不同的原子具有不同的能级结构。一个原子中最低的能级称为基态，其余的称为高能态，或激发态。原子从高能态E2过渡到低能态E1时，会向外发射某个频率为ν的辐射，满足普朗克公式：hv = E1 - E2 式中h为普朗克常数。反之，该原子吸收频率为ν的辐射时，就会从低能态E1过渡到高能态E2。 爱因斯坦在玻尔工作的基础上于1916年发表《关于辐射的量子理论》。文章提出了激光辐射理论，而这正是激光理论的核心基础。因此爱因斯坦被认为是激光理论之父。在这篇论文中，爱因斯坦区分了三种过程：受激吸收、自发辐射、受激辐射。前两个概念是已为人所知的。受激吸收就是处于低能态的原子吸收外界辐射而跃迁到高能态；自发辐射是指高能态的原子自发地辐射出光子并迁移至低能态。这种辐射的特点是每一个原子的跃迁是自发的、独立进行的，其过程全无外界的影响，彼此之间也没有关系。因此它们发出的光子的状态是各不相同的。这样的光相干性差，方向散乱，而受激辐射则相反。它是指处于高能级的原子在光子的“刺激”或者“感应”下，跃迁到低能级，并辐射出一个和入射光子同样频率的光子。这好比清晨公鸡打鸣，一个公鸡叫起来，其他的公鸡受到“刺激”也会发出同样的声音。受激辐射的最大特
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
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
迈克尔逊干涉仪的原理与应用
迈克尔逊干涉仪的原理与应用 在大学物理实验中，使用的是传统迈克尔逊干涉仪，其常见的实验内容是：观察等倾干涉条纹，观察等厚干涉条纹，测量激光或钠光的波长，测量钠光的双线波长差，测量玻璃的厚度或折射率等。 由于迈克尔逊干涉仪的调节具有一定的难度，人工计数又比较枯燥，所以为了激发学生的实验兴趣，增加学生的科学知识，开阔其思路，建议在课时允许的条件下，向学生多介绍一些迈克尔逊干涉仪的应用知识。这也是绝大多数学生的要求。下面就向大家介绍一些利用迈克尔逊干涉仪及其原理进行的测量。 一、传统迈克尔逊干涉仪的测量应用 1. 微小位移量和微振动的测量[11-14]；采用迈克尔逊干涉技术,通过测量ＫＤＰ晶体生长的法向速率和台阶斜率来研究其台阶生长的动力学系数、台阶自由能、溶质在边界层内的扩散特征以及激发晶体生长台阶的位错活性。He-Ne激光器的激光通过扩束和准直后射向分束镜,参考光和物光分别由反射镜和晶体表面反射,两束光在重叠区的干涉条纹通过物镜成像,该像用摄像机和录像机进行观察和记录.滤膜用于平衡参考光和物光的强度. 纳米量级位移的测量：将迈克尔逊型激光干涉测量技术应用于环规的测量中。采用633nm稳频的
He-Ne激光波长作为测量基准，采用干涉条纹计数，用静态光电显微镜作为环规端面瞄准装置，对环规进行非接触、绝对测量，配以高精度的数字细分电路，使仪器分辨力达到5nm；静态光电显微镜作为传统的瞄准定位技术在该装置中得以充分利用，使其瞄准不确定度达到30nm；精密定位技术在该装置中也得到了很好的应用，利用压电陶瓷微小变动原理，配以高精度的控制系统，使其驱动步距达到5nm。 测振结构的设计原理用半导体激光器干涉仪对微振动进行测量时,用一弹性体与被测量（力或加速度)相互作用,使之产生微位移。将这一变化引到动镜上来,就可以在屏上得到变化的干涉条纹,对等倾干涉来讲,也就是不断产生的条纹或不断消失的条纹。由光敏元件将条纹变化转变为光电流的变化,经过电路处理可得到微振动的振幅和频率。 压电材料的逆压电效应研究：压电陶瓷材料在电场作用下会产生伸缩效应,这就是所谓压电材料的逆压电现象,其伸缩量极微小。将迈克尔逊干涉仪的动镜粘在压电陶瓷片上,当压电陶瓷片受到电激励产生机械伸缩时就带动动镜移动。而动镜每移动λ/2的距离，就会到导致产生或消失一个干涉环条纹，根据干涉环条纹变化的个数就可以计算出压电陶瓷片伸缩的距离。 2. 角度测量[15-16]：刘雯等人依照正弦原理改型设计了迈克尔逊干涉仪，可以完成小角度测量。仪器的两个反射镜由三棱镜代替，反射镜组安装在标准被测转动器件的转动台上。被测转角依照正弦原
单频-双频激光干涉仪
激光干涉仪 - 单频与双频激光干涉仪比较 单频的激光器它的一个根本弱点就是受环境影响严重，在测试环境恶劣，测量距离较长时，这一缺点十分突出。其原因在于它是一种直流测量系统，必然具有直流光平和电平零漂的弊端。激光干涉仪可动反光镜移动时，光电接收器会输出信号，如果信号超过了计数器的触发电平则就会被记录下来，而如果激光束强度发生变化，就有可能使光电信号低于计数器的触发电平而使计数器停止计数，使激光器强度或干涉信号强度变化的主要原因是空气湍流，机床油雾，切削屑对光束的影响，结果光束发生偏移或波面扭曲。这种无规则的变化较难通过触发电平的自动调整来补偿，因而限制了单频干涉仪的应用范围，只有设法用交流测量系统代替直流测量系统才能从根本上克服单频激光干涉仪的这一弱点。 而双频激光干涉仪正好克服了这一弱点，它是在单频激光干涉仪的基础上发展的一种外差式干涉仪。和单频激光干涉仪一样，双频激光干涉仪也是一种以波长作为标准对被测长度进行度量的仪器，所不同者，一方面是当可动棱镜不动时，前者的干涉信号是介于最亮和最暗之间的某个直流光平，而后者的干涉信号是一个频率约为1.5MHz的交流信号；另一方面，当可动棱镜移动时，前者的干涉信号是在最亮和最暗之间缓慢变化的信号，而后者的干涉信号是使原有的交流信号频率增加或减少了△f，结果依然是一个交流信号。因而对于双频激光干涉仪来说，可用放大倍数较大的交流放大器对干涉信号进行放大，这样，即使光强衰减90%，依然可以得到合适的电信号。由于这一特点，双频激光干涉仪可以在恒温，恒湿，防震的计量室内检定量块，量杆，刻尺和坐标测量机等，也可以在普通车间内为大型机床的刻度进行标定，既可以对几十米的大量程进行精密测量，也可以对手表零件等微小运动进行精密测量，既可以对几何量如长度、角度．直线度、平行度、平面度、垂直度等进行测量，也可以用于特殊场合，诸如半导体光刻技术的微定位和计算机存储器上记录槽间距的测量等等。总之，双频激光干涉仪的优越性主要有以下几点： 1. 精度高双频激光干涉仪以波长作为标准对被测长度进行度量的仪器。即使不做细分也可达到μm 量级，细分后更可达到n m量级。(安捷伦5530激光干涉仪线性精度能达到0.4PPM) 2. 应用范围广双频激光干涉仪除了可用于长度的精密测量外，测量角度、直线度、平面度、振动距离及速度等等，还可以分光进行多路测量。 3. 环境适应力强即使光强衰减90%，仍然可以得到有效的干涉信号。由于这一特点，双频激光干涉仪既可在恒温、恒湿、防震的计量室内检定量块、量杆、刻尺、微分校准器和坐标测量机，也可以在普通的车间内为大型的机床的刻度进行标定。
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 16-角度测量原理及测量构建 图 17-1水平轴俯仰角度测量样图图 17-2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 18-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 19-水平方向角度测量 图 20-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。
激光原理及技术课程标准
《激光原理及技术》课程标准 适用专业：光电信息科学与工程专业 所属教研室（系）：光电信息教研室 课程名称：激光原理及技术（Principles and Techniques of Laser） 课程类型：专业核心课程 学时学分：32学时（学分） 一、课程概述 （一）课程性质 《激光原理及技术》是光电信息科学与工程专业的一门专业核心课程。本课程的目的在于介绍激光的基本理论知识和掌握激光器的使用技术。 通过《激光原理及技术》课程的教学，使学生了解和掌握激光器的基本结构、工作原理和基本操控技术，培养学生分析解决激光原理问题的能力。激光原理及应用的预修课程为高等数学、线性代数、数学物理方法和大学物理等基础课程，激光原理为后继课的学习和专业训练提供必要的准备，是高等学校光学工程类和光电信息类各专业学生的一门重要的必需专业课程。我校光电信息科学与工程专业的人才培养目标是要求本专业毕业生在光电信息科学与工程领域方向上具有宽厚的理论基础、扎实的专业基础知识、熟练的实验技能，并具有综合运用专业理论技术分析解决工程问题的基本能力。激光是本专业中应用最为基本、最普遍的工具之一，例如在光纤通信、光存储、激光切割、激光雷达等方面都起着至关重要的作用，为了培养出符合社会需求的应用型人才，就必须要学生掌握激光的基本知识和操作技能。特别强调物理概念的深入理解，为今后从事光电子方向和相关专业的教学和科研打下扎实的理论基础。该课程共分五章，包括激光的基本原理，开放式光腔和高斯光束，激光介质的增益线形和增益系数，激光器稳态振荡特性，激光器和技术。 本课程应先修《大学物理（电磁学、光学部分）》、《高等数学》、《线性代数》、《数学物理方法》等课程，同时它又是《半导体物理与器件》、《光电子技术》、《光电探测和信号处理》和《光电成像原理与技术》等课程的基础。 （二）基本原则 本课程主要围绕着提高学生知识、技能和思维等方面能力为目标，遵循“掌握原理”、“了解技术”的原则。“掌握原理”是指教学内容要符合物理学专业的培养目标的需要和满足物理学专业学生能力发展的需求。“了解技术”是指教学内容既要保持本课程在以后工作中的应用性和实践性，又要“重难点突出”，让学生了解激光器的广泛应用和使用中常用的技术。 （三）设计思路。 1.教学改革基本思路 本课程依据光电信息科学与工程专业人才培养的目标和规格，在目标设定、教学过程、课程评价和教学资源的开发等方面突出以学生为主体、教师为主导的思想，以提高学生理性思维能力、逻辑推理能力和实际应用能力为主要目标，把知识与技能，
激光干涉仪用途
简介 以激光波长为已知长度、利用迈克耳逊干涉系统(见激光测长技术)测量位移的通用长度测量工具。激光干涉仪有单频的和双频的两种。单频的是在20世纪60年代中期出现的,最初用于检定基准线纹尺,后又用于在计量室中精密测长。双频激光干涉仪是1970年出现的，它适宜在车间中使用。激光干涉仪在极接近标准状态（温度为20℃、大气压力为101325帕、相对湿度59％、C O2含量0.03％）下的测量精确度很高，可达1×10?7。 工作原理 一个角锥反射镜紧紧固定在分光镜上，形成固定长度参考光束。另一个角锥反射镜相对于分光镜移动，形成变化长度测量光束。 从激光头射出的激光光束(1)具有单一频率，标称波长为0.633μm，长期波长稳定性（真空中）优于0.05ppm。当此光束到达偏振分光镜时，被分成两束光—反射光束(2)和透射光束(3)。这两束光被传送到各自的角锥反射镜中，然后反射回分光镜中，在嵌于激光头中的探测器中形成干涉光束。 如果两光程差不变化，探测器将在相长干涉和相消干涉的两端之间的某个位置观察到一个稳定的信号。如果两光程差发生变化，每次光路变化时探测器都能观察到相长干涉和相消干涉两端之间的信号变化。这些变化（条纹）被数出来，用于计算两光程差的变化。测量的长度等于条纹数乘以激光波长的一半。 应当注意到，激光波长将取决于光束经过的空气的折射率。由于空气折射率会随着气温、压力和相对湿度的变化而变化，用于计算测量值的波长值可能需要对这些环境参数的变化进行补偿。在实践中，对于技术指标中的测量精度，只有线性位移（定位精度）测量需要进行此类补偿，在这种情况下两束光的光程差变化可能非常大。
产品用途 1.激光干涉仪是检定数控机床、坐标测量机位置精度的理想工具。检定时可按照规定标准处理测量数据并打印出误差曲线，为机床的修正提供可靠依据。 2.激光干涉仪配有各种附件，可测量小角度、平面度、直线度、平行度、垂直度等形位误差，在现场使用尤为方便。 2.1.线性测量 要对线性测量进行设定，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。这个组合装置称为“线性干涉镜”，它形成激光光束的参考光路。线性干涉镜放置在激光头和线性反射镜之间的光路上，如下图所示。
激光干涉仪用途【详细】
激光干涉仪的作用 内容来源网络，由深圳机械展收集整理 更多激光设备，就在深圳机械展 （1）CO2激光干涉仪 CO2激光器是一种非常适合无导轨激光测量的光源，它在10.6μm波段具有丰富的谱线，相邻谱线的波长差分布也比较均匀，构成的“合成波长链”的波长可从10.6μm到25m，因此，CO2激光干涉仪一直是无导轨激光干涉仪的研究重点。从1979年开始，由直流干涉系统到各种形式的光外差系统，CO2激光干涉仪历经多次改进，其中一种典型方案是上世纪九十年代澳大利亚研制的外差干涉仪，它通过激光器的腔长控制，顺序输出6种波长，用声光调制器的零级衍射作为本振光，构成外差系统，测量精度可达4×10-8。 （2）Ne-Xe激光干涉仪 Ne-Xe激光器可以输出3.53μm和3.37μm两个波长，合成波长为84.2μm。从“合成波长链”的角度考虑，波长过短难以保证测量结果的唯一性，为此，系统加入了He-Ne激光器的3.39μm谱线，将“合成波长链”延伸到464μm。Ne-Xe激光干涉仪的最大优点是结构简单，测量精度可达1.8×10-7。 （3）He-Ne激光干涉仪 中国计量科学研究院研制的纵向塞曼He-Ne激光干涉仪，与成都工具研究所开发的双频激光干涉仪不同，其稳频点选在两条激光增益曲线之间，产生一对频差为1080MHz的左、右旋偏振光（这两个偏振光不在同一增益曲线上），合成波长为278mm。利用光栅测量干涉的剩余相位。系统测量长度可达100m，测量精度为±（40+1.5×10-6）。 He-Ne激光器在3.39μm处谱线丰富，但其中3.3922μm谱线的自发辐射系数比其它谱线大很多，抑制了其它谱线的发射。清华大学利用甲烷在3.3922μm附近的一条吸收谱线，抑制了He-Ne激光这条谱线的强度，成功研制出了3.39μm波段双波长激光干涉仪，其“合成波长链”从3.39μm到1m，单波稳定性为1×10-8。 （4）变波长激光干涉仪 变波长激光干涉仪采用两个激光器，利用谐振腔长与输出频率的关系，构成“无级”的波长
激光干涉仪原理【深度解析】
激光干涉仪原理 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 激光干涉仪是以干涉测量法为原理，利用激光作为长度基准，对数控设备（加工中心、三坐标测量机等）的位置精度（定位精度、重复定位精度等）、几何精度（俯仰扭摆角度、直线度、垂直度等）进行精密测量的精密测量仪器。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） 激光干涉仪原理如下图所示：
一个角锥反射镜紧紧固定在分光镜上，形成固定长度参考光束。另一个角锥反射镜相对于分光镜移动，形成变化长度测量光束。 从激光头射出的激光光束①具有单一频率，标称波长为633nm，长期波长稳定性（真空中）优于0.05ppm。当此光束到达偏振分光镜时，被分成两束光——反射光束②和透射光束③。这两束光被传送到各自的角锥反射镜中，然后反射回分光镜中，在嵌于激光头中的探测器中形成干涉光束④。 如果两光程差不变化，探测器将在相长干涉和相消干涉的两端之间的某个位置观察到一个稳定的信号。 如果两光程差发生变化，每次光路变化时探测器都能观察到相长干涉和相消干涉两端之间的信号变化。这些变化（条纹）被数出来，用于计算两光程差的变化。测量的长度等于条纹数乘以激光波长的一半。 激光干涉仪种类：激光干涉仪有单频的和双频的两种。
激光毛化原理及特点123讲解
目录 1 前言 (1) 1.1 概述 (1) 1.2 冷轧薄板用途一般冷轧薄板和毛化板的区别 (2) 2 激光毛化原理 (4) 2.1 激光产生原理 (4) 2.2 激光毛化原理 (7) 2.2.1 激光毛化轧辊 (7) 2.2.2 钢板的毛化 (9) 2.3激光毛化的分类 (10) 2.3.1 CO2激光毛化系统 (10) 2.3.2 YAG激光毛化系统 (11) 2.4 激光毛化的主要特点 (12) 2.5 不同毛化方法的比较 (13) 3 瑞通千里激光设备有限公司生产的YAG激光毛化设备 (15) 3.1 LT S-YAG型激光毛化系统主要组成部分 (15) 3.2 主要技术参数 (15) 3.3 装备主要型号 (16)
3.4 生产工艺 (16) 3.5 应用范围 (16) 3.6 LTS-YAG激光毛化装备的主要特点 (16) 3.7 市场前景 (17) 激光毛化原理与特点 一前言 1.1 概述 随着国民经济的快速发展，各行各业对金属板带箔的质量要求越来越高，用户希望毛化板能够达到国外新产品的品质。据权威部门统计：2006年，我国共产钢材44685万吨，与上年同期相比，净增9172万吨，增幅达24.45%。其中2006年，我国共产冷轧薄板3706万吨。跟上年同期相比，净增1024万吨，增幅达39.11％。即冷轧薄板的增幅比钢材增幅高14.66%。2006年，我国冷轧薄板进口70.24万吨，跟上年同期相比，锐减56.92万吨，减幅为48 .79%。同样，2006年，我国出口冷轧薄板46.35万吨，跟上年同期相比，猛增29.38万吨，增幅为173.2%。表明我国冷轧薄板产品饱和的端倪开始出现，下一轮冷轧薄板的市场竞争将白热化。
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。