激光干涉仪工作原理

激光干涉仪工作原理

干涉仪是以激光波长为已知长度、利用迈克耳逊干涉系统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&TImes;10。

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单频激光干涉仪

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图1为单频激光干涉仪的工作原理。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］

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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 ==?cos 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，对应

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）

红外线测距仪测量原理

红外线测距仪测量原理 测距仪是一种航迹推算仪器，用于测量目标距离，进行航迹推算。测距仪的形式很多，通常是一个长形圆筒，由物镜、目镜、测距转钮组成，用来测定目标距离。测距仪是根据光学、声学和电磁波学原理设计的，用于距离测量的仪器。 红外测距仪的分类有激光红外，红外和超声波三种，目前测距仪主要是指的激光红外测距仪，红外测距仪和超声波测距仪由于测量距离有限，测量精度很低目前已经被淘汰。激光红外测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光红外测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。 测距仪有测量距离和测量精度，同时又是电子设备，所以品牌的选择非常重要，国际知名品牌的测距仪，在性能上会远优于杂牌的激光红外测距仪。 一．测距仪分类 测距仪从测距基本原理，可以分为以下三类： 1. 激光测距仪 激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。 激光测距仪是目前使用最为广泛的测距仪，激光测距仪又可以分类为手持式激光测距仪（测量距离0-300米），望远镜激光测距仪（测量距离500-20000米）。 目前市面上主流的都是激光测距仪，手持式激光测距仪全球前两大品牌是徕卡和博世，右图就是一款主流的手持式激光测距仪。 望远镜激光测距仪，为远距离激光测距仪，目前在户外使用相当广泛，望远镜激光测距仪全球前四大品牌是图雅得、博士能、奥尔法和尼康。四个品牌在产品上各有特点，2013年，美国激光技术杂志公布的数据，2013年全球单品销售冠军是图雅得SP1500，这款测距仪测量精准，反应速度快捷。 2. 超声波测距仪

FARO激光跟踪仪

FARO Laser Tracker 提高生产率的设计 https://www.wendangku.net/doc/cc1200118.html,/LaserTracker/cn

FARO激光跟踪仪简介 FARO激光跟踪仪是一款高精度的便携式坐标测量设备，能够让您通过快速、简单和精确地测量来实现制造产品、优化流程和提供解决方案的目的。 应对测量挑战 全世界的客户都信赖FARO激光跟踪仪，并利用它来应 对日常的测量挑战以及过去无法解决的复杂难题。 重新定义效率 FARO激光跟踪仪在设备校准、设备安装、部件检测、 工装建造与设置、制造与装配集成和逆向工程等应用 领域都缔造了突破性的效率。 增加产量 通过提高工作速度、缩短停工时间、消除昂贵的废料 以及获得精确、一致和值得报告的测量数据，许多公 司节省了数百万美元的费用。 提供优质产品 利用FARO激光跟踪仪，您可以制造出更具竞争力 的产品，加快实施产品改进计划并为当今的技术市 场提供高性能的产品。

实际应用 FARO激光跟踪仪在各种行业的许多应用中均可实现精确的测量,它提供了更佳的测量方法并使全新的制造方法成为可能。

校准 ? 比传统方法更准确、更省时 ? 重复性测量，合理的趋于失真 ? 通过实时测量来确定公差和验证设计 逆向工程 ? 获取高精度的数字化扫描数据 ? 不再需要硬件母版 工装建造 ? 全程精确测试(确保部件达到最高的装配标准) ? 验证工装的尺寸完整性和可重复性(确定或预先防范工装缺陷)零件检测 ? 将复杂的几何结构、曲面和特征位置与标称数据进行比较? 不需要移动工件到固定的检测工具中 ? 减少生产废料和不合格产品带来的损失 设备安装 ? 安放/调平床身 ? 防止机床在磨合期运行时造成的损坏 ? 降低设备上的零件磨损和撕裂 制造与装配集成 ? 实时获取关键的定位反馈 ? 设置移动部件的标称坐标 ? 在移动过程中动态地持续测量，以提供定位点的数据

相位式光电测距仪的工作原理

§4.2 相位式光电测距仪的工作原理 相位式光电测距仪的种类较多，但其基本的工作原理是相同的。本节将讨论相位式光电测距仪的工作原理，并着重介绍它的几个主要部件的工作原理。 4.2.1 相位式光电测距仪的工作原理 相位式光电测距仪的工作原理可按图4-4所示的方框图来说明。 图4-4 由光源所发出的光波（红外光或激光），进入调制器后，被来自主控振荡器（简称主振）的高频测距信号1f 所调制，成为调幅波。这种调幅波经外光路进入接收器，会 聚在光电器件上，光信号立即转化为电信号。这个电信号就是调幅波往返于测线后经过解调的高颇测距信号，它的相位已延迟了Φ。 ?Φ+?=ΦN π2 这个高频测距信号与来自本机振荡器（简称本振）的高频信号1f '经测距信号混频器进行光电混频，经过选频放大后得到一个低频（11f f f '-=?）测距信号，用D e 表示。D e 仍保留了高频测距信号原有的相位延迟?Φ+?=ΦN π2。为了进行比相，主振高频测距信号1f 的一部分称为参考信号与本振高频信号1f '同时送入参考信号混频器，经过选频放大后，得到可作为比相基准的低频（11f f f '-=?）参考信号，0e 表示，由于0e 没有经过往返测线的路程，所以0e 不存在象D e 中产生的那一相位延迟Φ。因此，D e 和0e 同时送人相位器采用数字测相技术进行相位比较，在显示器上将显示出测距信号往返于测线的相位延迟结果。 当采用一个测尺频率1f 时，显示器上就只有不足一周的相位差?Φ所相应的测距尾数，超过一周的整周数

N 所相应的测距整尺数就无法知道，为此，相位式测距仪的主振和本振二个部件中还包含一组粗测尺的振荡频率，即主振频率 32,f f 和本振频率 32,f f ''。如前所述，若用粗测尺频率进行同样的测量，把精测尺与一组粗测尺的结果组合起来，就能得到整个待测距离的数值了。 4.2.2 相位式光电测距仪各主要部件的工作原理 1.光源 相位式测距仪的光源，主要有砷化镓（GaAs ）二极管和氦-氖（He-Ne ）气体激光器。前者一般用于短程测距仪中，后者用于中远程测距仪中。下面对这二种光源作一介绍。 （1）砷化镓（GaAs ）二极管 砷化镓（GaAs ）二极管是一种晶体二极管，与普通二极管一样，内部也有一个PN 结，如图4-5所示。它的正向电阻很小，反向电阻较大。当正向注入强电流时，在PN 结里就会有波长为0.72～0.94μm 之间红外光出射，而且出射的光强会随着注入电流的大小而变化，因此可以简单地通过改变馈电电流对光强的输出进行调制，即所谓“电流直接调制”。这对测距仪用作光源十分有意义，因为能直接调制光强，无需再配备结构复杂、功耗较大的调制器。此外，砷化镓二极管光源与其他光源比较，还有体积小重量轻，结构牢固和不怕震动等优点，有利于使测距仪小型化，轻便化。 图4-5 图4-6 GaAs 二极管有两种工作状态，一种是发射激光，称为GaAs 激光器；另一种是发射红外荧光，称为发光二极管。两者的区别，主要是注入电流强度的不同。由于GaAs 发光管，发射连续的红外光频带较宽（100～500o A ），波长不够稳定，功率较小（约3mW ）和发散角大（达50o ），故采用这种光源的测距仪的测程都不远，一般在3km 以内。红外光的波长，因GaAs 掺杂的差异和馈电电流等不同而异。如国产HGC-1红外测距仪的 =λ0.93μm ； 瑞士DI3和DI3S 的λ分别为0.875μm 和0.885μm ；瑞典AGA-116的λ= 0.91μm 。 （2）氦-氖（He-Ne ）气体激光器

测距仪的原理及分类

文章简介测距仪是一种航迹推算仪器，用于测量目标距离，进行航迹推算。测距仪的形式很多，通常是一个长形圆筒，由物镜、目镜、测距转钮组成，用来 测定目标距离。测距仪是根据光学、声学和电磁波学原理设计的，用于距离测 量的仪器文章详细内容 那什么是测距仪呢？原理是什么？市面上有哪些测距仪，下文将详细进行介绍。一．测距仪分类 测距仪从测距基本原理，可以分为以下三类： 1. 激光测距仪 激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光测距仪在 工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时 器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。 激光测距仪是目前使用最为广泛的测距仪，激光测距仪又可以分类为手持 式激光测距仪（测量距离0-300米），望远镜激光测距仪（测量距离500-20000米）。目前市面上主流的都是激光测距仪，手持式激光测距仪全球 前两大品牌是徕卡和博世，右图就是一款主流的手持式激光测距仪。望远 镜激光测距仪，为远距离激光测距仪，目前在户外使用相当广泛，望远镜激光 测距仪全球前四大品牌是图雅得、博士能、奥尔法和尼康。四个品牌在产品上 各有特点，2011年，美国激光技术杂志公布的数据，2011年全球单品销售冠军是图雅得YP900，这款测距仪测量精准，反应速度快捷。 2. 超声波测距仪 超声波测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声 波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即中断停止计时。通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和 接收到回波的时间差T，然后求出距离。超声波测距仪，由于超声波受 周围环境影响较大，所以一般测量距离比较短，测量精度比较低。目前使用范 围不是很广阔，但价格比较低，一般几百元左右。 3. 红外测距仪用调制的红外光进行精密测距的仪器，测程一般为1-5公里。利用的是红 外线传播时的不扩散原理：因为红外线在穿越其它物质时折射率很小，所以长 距离的测距仪都会考虑红外线，而红外线的传播是需要时间的，当红外线从测 距仪发出碰到反射物被反射回来被测距仪接受到再根据红外线从发出到被接受 到的时间及红外线的传播速度就可以算出距离

Etalon激光跟踪仪产品介绍

Etalon激光跟踪仪产品介绍 背景： 数控机床由于其本身的运动比较复杂，因此其运动过程中产生的各种误差相对来说也比较复杂。Etalon激光跟踪仪的开发成功解决了这一问题. 测量原理： Etalon激光跟踪仪与传统激光干涉仪测量原理最大不同在于，它采用多步法体积定位测量方法对所有误差进行测量和捕捉,多步法体积定位测量的最大优点在于其测量方向和运动的方向可以不在同一个方向，这样，测量的结果对多个方向的误差都敏感，从而多个方向的误差都被包含进去，只要通过将误差从整体分离到各个方向，我们就能得到比传统的测量方法更多的数据量，从而可以对误差分离并对其进行补偿。其测量过程如下图所示。 进行多步测量时，必须首先定义对角线起始点（0，0，0）以及终点(X，Y，Z)。由此可知机床的工作空间范围为X×Y×Z。假设每轴的测量点数为n，则所有测量点数为3n，各轴的增量分别为Dx、Dy、Dz，其中：Dx=X/n，Dy=Y/n，Dz=Z/n。 如下图所示机床共有四条体对角线。这里以一条为例，即a→g。采用多步测量法对该条对角线测量的路径如下：安装在主轴上的移动光靶从a点(0，0，

0)开始，移动Dx后，暂停，暂停过程中，软件会自动采集数据，而后在Y方向以相同的进给率以及暂停时间移动Dy，最后在Z轴方向以相同的进给率和暂停时间移动Dz，重复上述步骤一直到移动到体对角线的另一点g。对于其它三条对角线而言，要分别改变起始点和各轴的增量来进行测量。 从上面的过程可以看到，主轴每次移动到体对角线方向上的一个新的位置，使用多步测量法能够测量出三个位移误差。而且沿每个轴方向测量到的数据仅仅是由于主轴沿该轴方向运动独立产生的，这样就可以将所测量到的误差数据分离为三个轴方向运动独立产生的，从而达到误差分离的目的。 测量前提及补偿前后效果对比： 以下是采用Etalon激光跟踪仪捕捉到的误差进行校正前后的效果对比图：

测距仪原理图纸

激光测距仪原理 激光测距仪，是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。激光测距仪重量轻、体积小、操作简单速度快而准确，其误差仅为其它光学测距仪的五分之一到数百分之一。 一．激光测距仪基本原理 激光测距仪一般采用两种方式来测量距离：脉冲法和相位法。脉冲法测距的过程是这样的：测距仪发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收，测距仪同时记录激光往返的时间。光速和往返时间的乘积的一半，就是测距仪和被测量物体之间的距离。脉冲法测量距离的精度是一般是在+/- 1米左右。另外，此类测距仪的测量盲区一般是15米左右。 二．激光测距仪分类 激光测距仪分为两类，一类是手持激光测距仪，这类测距仪测量距离比较短，一般为40-250米，测量精度高。另外一类是激光测距仪望远镜，这类激光测距仪测量距离远，一般为500-2000米，最长测量距离可以达到20公里。 三．激光测距仪主要的产品 长距离的激光测距仪望远镜，全球前四大品牌，是图雅得、博士能、奥尔法和尼康。这四个品牌占据了全球激光测距仪95%以上的市场份额。四大品牌产品都各有其自身的优势。 图雅得作为全球第一品牌，产品以技术领先见长，图雅得是全球最早的能生产测距+测高+测角一体机的品牌，目前博士能和尼康都还没有这种技术。其产品快速测距、操作简单是其最大特点。产品价格适中，具有比较高的性价比。 博士能是全球老牌的激光测距仪望远镜品牌，其产品做工精美，是做工最好的品牌。博士能测距仪产品侧重打猎和高尔夫功能。产品功能强大，但是操作欠繁琐。另外博士能0.5码高精度测距仪方面非常有优势。 奥尔法是全球第三大品牌，其产品价格是四个品牌中最低的，产品具有非常高的性价比，产品操作简单，实用性高。 尼康在测距望远镜领域技术上不是很强，产品都为国内代工，但是凭借尼康品牌的知名度，在全球也有不俗的表现，长期占据第四的位置。在国内，尼康测距仪由于代理体制问题，售价一直偏高，导致性价比不高。 四大品牌主力产品有： 1.图雅得 SP1500H 这是图雅得2012年最新一代产品，也是目前望远镜测距仪功能最为强大的产品。集合了测距+测高+测角+测高差+测水平距离+连续测角+连续测距+连续测水平距离 8大功能，2012年6月在美国西雅图光学设备展商首次发布，被媒体誉为功能最为强大的测距仪。这款测距仪 1500米超长测距，超快测距速度，操作人性化,售价大约4000元，性价比不错，上市后即成为全球多功能测距仪销量冠军。 2.图雅得 YP900 这款测距仪900米测距，上市时间2011年，全球中距离测距仪 连续三年销量冠军，这款测距仪做工精美，具有超强的抗干扰能力，

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

超声波测距仪的工作原理2

超声波测距 (程序原理图安装图) 概述 超声波测距学习板，可应用于汽车倒车、建筑施工工地以及一些工业现场的位置监控，也可用于如液位、井深、管道长度的测量等场合。要求测量范围在0.27~4.00m，测量精度1cm，测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果。 超声波测距原理 超声波发生器内部结构有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波本时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，就成为超声波接收器。在超声探测电路中，发射端得到输出脉冲为一系列方波，其宽度为发射超声的时间间隔，被测物距离越大，脉冲宽度越大，输出脉冲个数与被测距离成正比。超声测距大致有以下方法：①取输出脉冲的平均值电压，该电压(其幅值基本固定)与距离成正比，测量电压即可测得距离；②测量输出脉冲的宽度，即发射超声波与接收超声波的时间间隔t，故被测距离为S=1／2vt。本测量电路采用第二种方案。由于超声波的声速与温度有关，如果温度变化不大，则可认为声速基本不变。如果测距精度要求很高，则应通过温度补偿的方法加以校正。超声波测距适用于高精度的中长距离测量。因为超声波在标准空气中的传播速度为331.45米/秒，由单片机负责计时，单片机使用12.0M晶振，所以此系统的测量精度理论上可以达到毫米级。 CJ-3A超声波学习板采用AT89C51或AT89S51单片机,晶振:12M,单片机用P1.0口输出超声波换能器所需的40K方波信号,利用外中断0口监测超声波接收电路输出的返回信号,显示电路采用简单的4位共阳LED数码管,断码用 74LS244,位码用8550驱动. 超声波测距的算法设计: 超声波在空气中传播速度为每秒钟340米（15℃时）。X2是声波返回的时刻，X1是声波发声的时刻，X2-X1得出的是一个时间差的绝对值，假定X2-X1=0.03S，则有340m×0.03S=10.2m。由于在这10.2m 的时间里，超声波发出到遇到返射物返回的距离，

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。

激光测距仪原理

激光测距仪激光测距基本原理 激光测距是光波测距中的一种测距方式，如果光以速度c在空气中传播在A、B两点间往返一次所需时间为t，则A、B两点间距离D可用下列表示。 D=ct/2 式中：D——测站点A、B两点间距离；c——光在大气中传播的速度；t——光往返A、B 一次所需的时间。 由上式可知，要测量A、B距离实际上是要测量光传播的时间t，根据测量时间方法的不同，激光测距仪通常可分为脉冲式和相位式两种测量形式。 相位式激光测距仪 相位式激光测距仪是用无线电波段的频率，对激光束进行幅度调制并测定调制光往返测线一次所产生的相位延迟，再根据调制光的波长，换算此相位延迟所代表的距离。即用间接方法测定出光经往返测线所需的时间。 相位式激光测距仪一般应用在精密测距中。由于其精度高，一般为毫米级，为了有效的反射信号，并使测定的目标限制在与仪器精度相称的某一特定点上，对这种测距仪都配置了被称为合作目标的反射镜。 若调制光角频率为ω，在待测量距离D上往返一次产生的相位延迟为φ，则对应时间t 可表示为： t=φ/ω 将此关系代入（3-6）式距离D可表示为 D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω=c/(4πf) (Nπ+Δφ) =c/4f (N+ΔN)=U(N+) 式中：φ——信号往返测线一次产生的总的相位延迟。 ω——调制信号的角频率，ω=2πf。 U——单位长度，数值等于1/4调制波长 N——测线所包含调制半波长个数。 Δφ——信号往返测线一次产生相位延迟不足π部分。 ΔN——测线所包含调制波不足半波长的小数部分。 ΔN=φ/ω

在给定调制和标准大气条件下，频率c/(4πf)是一个常数，此时距离的测量变成了测线所包含半波长个数的测量和不足半波长的小数部分的测量即测N或φ，由于近代精密机械加工技术和无线电测相技术的发展，已使φ的测量达到很高的精度。 为了测得不足π的相角φ，可以通过不同的方法来进行测量，通常应用最多的是延迟测相和数字测相，目前短程激光测距仪均采用数字测相原理来求得φ。 由上所述一般情况下相位式激光测距仪使用连续发射带调制信号的激光束，为了获得测距高精度还需配置合作目标，而目前推出的手持式激光测距仪是脉冲式激光测距仪中又一新型测距仪，它不仅体积小、重量轻，还采用数字测相脉冲展宽细分技术，无需合作目标即可达到毫米级精度，测程已经超过100m，且能快速准确地直接显示距离。是短程精度精密工程测量、房屋建筑面积测量中最新型的长度计量标准器具。

FARO激光跟踪仪案例一

用户经验谈 Self Levelling Metal Machines Pte Ltd 车工专家采用FARO 激光跟踪仪(FARO Laser Tracker)，只需耗费一半时间，即可达到更高精度 更高智能的工程与技术往往是促进任何工业发展的关键动力。其中，精密工程科学至今依然是制造业的复杂制造工艺的核心因素。Self Levelling Metal Machines Pte Ltd (SLMM)正是一家精密工程公司，该公司是业务遍布全球的Self Levelling Machines (SLM)公司属下成员之一。SLMM 创办于2000年，是Self Levelling Machines (Australia)与Metal Machines Engineering Services (Singapore)两家公司的联盟企业，公司总部设在新加坡。SLMM 为多家公司提供巨型的原位精密车工服务，包括镗孔、铣削及钻孔等。SLMM 项目工程师Lok Qiuquan 分享其经验时表示，“我们多数客户是来自海事与岸外工业。我们所从事的岸外石油加工产品包括浮式生產儲油及卸油系統(FPSO)、转塔系泊系统、岸外起重機及悬链锚腿系泊(CALM)浮筒等等。这些部件的体积非常巨大，无法放置在一般的车工中心，我们必须将设备带到客户所在地点，在现场为他们进行车削。”SLMM 所承接的所有项目，都必须在车削工作开始前及完成后进行检验。模拟安装、机器对准及几何尺寸检验等都是SLMM 的日常工作之一。“这些工作需要详细测量，每次测量的条件都可能有所不同。”Lok 表示，“测量对象可能是30毫米的小孔，也可能是直径30米的巨型结构，经常需要使用多种不同的传统仪器和手持工具。”这些测量方法尽管效果相对良好，但是SLMM 依然在寻求效率更高的替代方法。“由于我们的项目日益复杂，我们意识到需要改善工作流程，以防止出现瓶颈。我们的美国伙伴向我们推荐FARO 激光跟踪仪，因为他们使用后觉得效果极好，尤其是针对需要用到圆形自调平机器(CSLMs)的项目而言。我们开始使用FARO 仪器之后，我们的工作流程在许多方法都大为改善，远远超越我们的预期。“Lok 特别指出。 ■ 过去在工作流程方面的挑战 SLMM 的工程师原本是根据工作的性质，选用项目现场所需要的各种测量仪器与设备。SLMM 所拥有的测量仪器与设备种类繁多，包括校准测量尺和激光检验设备、光学仪、内径管形千分尺、外径千分尺及内孔测量规等。 Lok 表示，“采用这些传统的仪器与手持工具，有时需要另外重新制造一些测量设备，才能对某些特别项目进行测量，意味着需要花更多时间与努力。如果这些设备带到现场之后发现不合用，我们的努力就完全白费了。此外，我们也需要技术纯熟及谨慎的技术人员来进行测量，因为这些测量数据都是人工收集 FARO 激光跟踪仪进行设置安装检查

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。

激光跟踪仪

1.1 概述 激光跟踪测量系统（Laser Tracker System）是工业测量系统中一种高精度的大尺寸测量仪器。它集合了激光干涉测距技术、光电探测技术、精密机械技术、计算机及控制技术、现代数值计算理论等各种先进技术，对空间运动目标进行跟踪并实时测量目标的空间三维坐标。它具有高精度、高效率、实时跟踪测量、安装快捷、操作简便等特点，适合于大尺寸工件配装测量。SMART310是Leica公司在1990年生产的第一台激光跟踪仪，1993年Leica公司又推出了SMART310的第二代产品，其后，Leica公司还推出了LT/LTD系列的激光跟踪仪，以满足不同的工业生产需要。LTD系列的激光跟踪仪采用了Leica公司专利的绝对测距仪，测量速度快，精度高，配套的软件则在Leica统一的工业测量系统平台Axyz下进行开发，包括经纬仪测量模块、全站仪测量模块、激光跟踪仪测量模 块和数字摄影测量模块等[8]。 激光跟踪系统在我国的应用始于1996年，上飞、沈飞集团在我国第一次引进了SMART310激光跟踪系统；2005年上海盾构公司引进了Leica公司的一套LTD600跟踪测量系统，应用于三维管模的检测。 1.2 激光跟踪测量系统的基本原理[52] 近年来，激光跟踪测量系统的应用领域在不断扩大，很多公司都相继推出了各自品牌的激光跟踪仪，但所有的激光跟踪测量系统基本都是由激光跟踪头（跟踪仪）、控制器、用户计算机、反射器（靶镜）及测量附件等组成的。在本文中，实验采用的是LTD600激光跟踪测量系统（图2.1），因此具体讨论的基本原理是基于LTD600型的激光跟踪测量系统。 图2.1 LTD600激光跟踪测量系统 1.2.1 系统的组成 激光跟踪仪的实质是一台能激光干涉测距和自动跟踪测角测距的全站仪，区别之处在于它没有望远镜，跟踪头的激光束、旋转镜和旋转轴构成了激光跟踪仪的

相位式光电测距仪的工作原理

§4.2 相位式光电测距仪的工作原理 相位式光电测距仪的种类较多，但其基本的工作原理是相同的。本节将讨论相位式光电测距仪的工作原理，并着重介绍它的几个主要部件的工作原理。 4.2.1 相位式光电测距仪的工作原理 相位式光电测距仪的工作原理可按图4-4所示的方框图来说明。 图4-4 由光源所发出的光波（红外光或激光），进入调制器后，被来自主控振荡器（简称主振）的高频测距信号1f 所调制，成为调幅波。这种调幅波经外光路进入接收器，会 聚在光电器件上，光信号立即转化为电信号。这个电信号就是调幅波往返于测线后经过解调的高颇测距信号，它的相位已延迟了Φ。 ?Φ+?=ΦN π2 这个高频测距信号与来自本机振荡器（简称本振）的高频信号1f '经测距信号混频器进行光电混频，经过选频放大后得到一个低频（11f f f '-=?）测距信号，用D e 表示。D e 仍保留了高频测距信号原有的相位延迟?Φ+?=ΦN π2。为了进行比相，主振高频测距信号1f 的一部分称为参考信号与本振高频信号1f '同时送入参考信号混频器，经过选频放大后，得到可作为比相基准的低频（11f f f '-=?）参考信号，0e 表示，由于0e 没有经过往返测线的路程，所以0e 不存在象D e 中产生的那一相位延迟Φ。因此，D e 和0e 同时送人相位器采用数字测相技术进行相位比较，在显示器上将显示出测距信号往返于测线的相位延迟结果。

当采用一个测尺频率1f 时，显示器上就只有不足一周的相位差?Φ所相应的测距尾数，超过一周的整周数N 所相应的测距整尺数就无法知道，为此，相位式测距仪的主振和本振二个部件中还包含一组粗测尺的振荡频率，即主振频率 32,f f 和本振频率 32,f f ''。如前所述，若用粗测尺频率进行同样的测量，把精测尺与一组粗测尺的结果组合起来，就能得到整个待测距离的数值了。 4.2.2 相位式光电测距仪各主要部件的工作原理 1.光源 相位式测距仪的光源，主要有砷化镓（GaAs ）二极管和氦-氖（He-Ne ）气体激光器。前者一般用于短程测距仪中，后者用于中远程测距仪中。下面对这二种光源作一介绍。 （1）砷化镓（GaAs ）二极管 砷化镓（GaAs ）二极管是一种晶体二极管，与普通二极管一样，内部也有一个PN 结，如图4-5所示。它的正向电阻很小，反向电阻较大。当正向注入强电流时，在PN 结里就会有波长为0.72～0.94μm 之间红外光出射，而且出射的光强会随着注入电流的大小而变化，因此可以简单地通过改变馈电电流对光强的输出进行调制，即所谓“电流直接调制”。这对测距仪用作光源十分有意义，因为能直接调制光强，无需再配备结构复杂、功耗较大的调制器。此外，砷化镓二极管光源与其他光源比较，还有体积小重量轻，结构牢固和不怕震动等优点，有利于使测距仪小型化，轻便化。 图4-5 图4-6 GaAs 二极管有两种工作状态，一种是发射激光，称为GaAs 激光器；另一种是发射红外荧光，称为发光二极管。两者的区别，主要是注入电流强度的不同。由于GaAs 发光管，发射连续的红外光频带较宽（100～500o A ），波长不够稳定，功率较小（约3mW ）和发散角大（达50o ），故采用这种光源的测距仪的测程都不远，一般在3km 以内。红外光的波长，因GaAs 掺杂的差异和馈电电流等不同而异。如国产HGC-1红外测距仪的=λ0.93μm ；瑞士DI3和DI3S 的λ分别为0.875μm 和0.885μm ；瑞典AGA-116的

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理转化成反射镜组两个立体棱镜的相应线位移,而后进行干涉测量，小角度干涉仪测角分辨率达到10-3角秒量级。

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