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激光干涉仪的原理介绍
浏览次数:139      发布于:2023-05-09
20世纪60年代初激光的出现,几何量计量技术的发展步入了崭新的时期。激光干涉仪在此时脱颖而出,作为现代精密测量仪器的代表,激光干涉仪在精密制造、计量等各个行业领域中得到了广泛的应用,在精密位移、直线度、垂直度等测量领域发挥着重要的作用。 激光干涉仪简介 激光干涉仪是以激光波长为已知长度、利用迈克耳逊干涉系统丈量位移的通用长度丈量工具,是校准数控机床、坐标测量机、测长机、电动滑台、线性模组及其它定位装置精度及线性指标较常用的标准仪器,具有测量精度高、测量速度快、测量范围大、高测速下分辨率高等特点,其光波波长可直接对米进行定义并溯源至国家标准。 激光干涉仪结合不同的光学镜组,可实现线性测长、角度、深圳市华联欧国际贸易有限公司是欧美工业备品备件一站式服务商,货源充足,型号齐全,质量可靠,售后服务佳。专业原装行货,正品保证,欢迎来电咨询!所有产品售后有质保,并且有终身免费技术指导。我们有专业的客服团队,24小时进行服务。下面是深圳华联欧小编精心为大家推荐的产品科普一下激光干涉仪的原理介绍,如果您喜欢可以继续阅读详细浏览一下去看看了解一下吧,关注收藏我们网址,每天为大家推送更多的干货!

20世纪60年代初激光的出现,几何量计量技术的发展步入了崭新的时期。激光干涉仪在此时脱颖而出,作为现代精密测量仪器的代表,激光干涉仪在精密制造、计量等各个行业领域中得到了广泛的应用,在精密位移、直线度、垂直度等测量领域发挥着重要的作用。

激光干涉仪简介
激光干涉仪是以激光波长为已知长度、利用迈克耳逊干涉系统丈量位移的通用长度丈量工具,是校准数控机床、坐标测量机、测长机、电动滑台、线性模组及其它定位装置精度及线性指标较常用的标准仪器,具有测量精度高、测量速度快、测量范围大、高测速下分辨率高等特点,其光波波长可直接对米进行定义并溯源至国家标准。
激光干涉仪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。
在动态测量软件的配合下,激光干涉仪可实现线性位移、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。
因此,激光干涉仪广泛应用于数控机床、PCB钻孔机、坐标测量机、位移传感器等精密仪器的质量控制与校准以及科研开发、设备制造等领域。

激光干涉仪的工作原理

激光器射出单一频率波,当此光束抵达偏振分光镜时,会被分为两道光束(一道反射光束和一道投射光束),在这两道光射向其反光镜,然后透过分光镜反射回去,在激光头内的探测器形成一道干涉光束,若光程差没有任何变化,探测器会在每一次光程改变时,在相长性和相消性干涉的两极找到变动的信号,计算处理系统可以通过此变化来测量两光程间差异变化。

激光输出可视为一束正弦波,如下图:

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,通过放大激光光强使一些光透射出来成为输出激光光束。其中,为实现平衡状态,通过加热器控制激光管长度让激光稳频的精度保持在±0.05ppm以内,此时稳定输出后,激光器即可进行干涉测量。如今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纳米的波长输出。

激光干涉仪的测量精度与哪些因素有关?

激光干涉仪在实际使用中,需要确认其在各个测量应用中能够达到的真实精度水平以确保测量数据准确可靠。激光干涉仪的测量读数最终均与激光波长有关,因此激光器频率的准确性和稳定性是激光干涉仪测量精度的保障。此外,激光干涉仪的环境条件补偿系统(压力、温湿度传感器)的读数准确性对最终的测量精度有着重要的影响。

总结起来,影响激光干涉仪测量精度的因素包括:

环境因素的影响

下面所列任何一种环境参数的变化都会导致大约1μm的误差:

(1)空气温度:1℃

(2)空气压力:0.3kPa

(3)相对湿度:30%

特别是振动对测量的影响是非常大的,振动可能导致测量数据的分散,明显影响重复性的测量。甚至可能使测量无法正常进行下去。

机器表面温度的影响

机器温度偏离20℃时,由于使用的材料温度传感器的测量准确度及输入机器热膨胀系数不正确的影响,对测量准确度也会产生影响。当材料温度传感器的准确度为±0.1℃,热膨胀系数为10μm/℃时,产生的测量误差为±1.0μm;若输入不正确的机器热膨胀系数会使准确度变化为10μm,甚至更多。

死程误差的影响

死程是在使用EC10自动补偿的方式进行位置准确度测量中随环境参数的变化而产生的一种误差。由于在定“零点”时,固定光学镜和移动光学镜之间存在一段距离,EC10无法对“零点”和固定光学镜之间的距离进行补偿而产生误差。

余弦误差的影响

激光光束同运动坐标轴的调准误差会导致测量的距离和实际运动距离之间的误差,该误差与(1-cosθ)成正比,θ为激光光束同运动坐标轴线之间的误差夹角。

当激光测量系统的光路调整得与运动坐标轴不同轴时,该余弦误差会导致测量距离比实际运动距离短,用激光测量系统测量的实际距离为Ls,而实际运动距离为Lm。如θ角为0.167°,则引起的余弦误差为5μm/m。

阿贝偏置误差的影响

若激光光束调整得与指定的坐标轴为平行偏置时,在这种情况下进行测量,光学元件偏置安装引起的角度运动会导致阿贝偏置测量误差。该误差与LΦ成正比,其中,L为偏置距离,Φ为偏置角度。如Φ为0.0028°、L为100mm,所引起的阿贝偏置误差为5μm。

光学元件的影响

光学器件表面不干净会导致信号强度减弱,使精密测量变得困难,尤其是在测量较长距离的场合。

(来源:网络,版权归原作者)

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