激光干涉儀詳解
 
激光干涉儀的開發,給機床工業提供了高精度的標準,適用于各種型號和規格的機床。穩定的氦氖激光代表了當前激光長度測量標準的工藝水平,而且在實際上成為已采用的長度測量標準。
 激光干涉儀的精度視激光波長而定,其精度較好于0.5PPM(百萬分子0.5)。
 激光干涉儀可以測出單軸六個自由度中的五個:線形定位、水平面內直線度、垂直面內直線度、俯仰角和偏擺角,也可測量兩軸之間的垂直度。
 使用激光干涉儀測量,必須要考慮到的誤差源:
 一、  環境誤差。激光干涉儀的絕對精度取決于周圍條件的精確程度(或者說環境的穩定程度)。環境溫度每產生1℃的變化,絕對壓力每產生2.5mmHg或相對濕度每產生30%的誤差時,都將會導致約1PPM(百萬分子一)的測量誤差。這些誤差利用人工補償或激光干涉儀所配的自動補償裝置可部分克服。因此檢測期間保持這些條件的穩定非常重要。
 二、  機床表面溫度。即機床本身溫度變化的影響。對于用鋼制絲杠定位滑鞍的機床,絲杠理論熱膨脹系數為10.8PPM/℃,即溫度每升高1℃,他將膨脹近10.8微米/米。
 三、  死徑誤差(死行程誤差)。它是一種在測量期間與環境條件的變化有關系的誤差。它是由于當圍繞激光束的大氣壓力發生變化(引起激光波長變化)時以及當固定有激光干涉儀和目標反射鏡的材料溫度發生變化(引起干涉儀和反射鏡之間的距離變化)時,激光束行程長度得不到補償而造成。
簡單的講,激光測量行程的死行程區是指激光干涉儀與測量復位點(或0點)位置間的距離。激光干涉儀自身的補償系統僅能補償測量復位點到測量行程終點的距離,而對于死行程區的距離是不補償的。
 四、  余弦誤差。激光束路徑對應機床運動軸線如未對準,將在測量長度同實際移動長度間產生一個誤差。由于這個誤差與光束和實際運動間未對準角的余弦成比例,所以未對準誤差通常稱為余弦誤差。余弦誤差=1-cosθ,對于較小的θ,余弦誤差近似于θ2/2。舉例來說,當 =1mrad (3 arcmin),則余弦誤差為0.5ppm。
當激光測量系統與機床移動軸線未對準時,余弦誤差將使測量長度小于實際長度。消除余弦誤差的方法是在安裝時確保良好的對準。
 五、  阿貝誤差。阿貝誤差原理是長度計量和長度計量儀器設計中最經典的測量原理。被測軸線和測量軸線應在同一直線或其延伸線上,如果在一個偏離的被測位移的位置上進行測量時,部件的任何角運動都將產生一個誤差。估算角運動產生的誤差的一條有益經驗是:每角秒的角運動產生約5um/m的偏移。對于阿貝偏移為200mm,2秒的角運動,其測量位移誤差為200mm×5um/m/角秒×2角秒=2um。
 

 

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