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      激光干涉儀原理與應(yīng)用研究

      2018-11-26 09:47:50賈平平
      山東工業(yè)技術(shù) 2018年20期
      關(guān)鍵詞:定位精度波長(zhǎng)補(bǔ)償

      摘 要:激光干涉儀已成為精密機(jī)床線性測(cè)量與補(bǔ)償?shù)幕鶞?zhǔn),本文以雷尼紹ML10激光干涉儀線性測(cè)量為例,從激光干涉儀測(cè)量原理分析入手,得出測(cè)量距離與波長(zhǎng)和脈沖數(shù)之間的關(guān)系。敘述了環(huán)境因素對(duì)測(cè)量因素的影響,針對(duì)具體線性測(cè)量指出其定位精度和重復(fù)定位精度計(jì)算公式。并指出了在測(cè)量過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題。

      關(guān)鍵詞:激光干涉儀;線性測(cè)量;波長(zhǎng);補(bǔ)償;定位精度

      DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.006

      激光干涉儀是以激光波長(zhǎng)為長(zhǎng)度計(jì)量基準(zhǔn)的高精度測(cè)量?jī)x器,隨著雙頻激光干涉儀的出現(xiàn),因其具有性能穩(wěn)定、檢測(cè)精度高及數(shù)據(jù)可靠性好等優(yōu)點(diǎn),已成為高精密機(jī)械生產(chǎn)中校準(zhǔn)及補(bǔ)償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)儀器,在機(jī)械制造、金屬切削加工及航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[1-2]。本文針對(duì)激光干涉儀檢測(cè)實(shí)例,從測(cè)量原理及環(huán)境因素入手,對(duì)其精度測(cè)量及補(bǔ)償原理進(jìn)行深入研究,針對(duì)線性測(cè)量中定位精度和重復(fù)定位精度數(shù)據(jù)的求解進(jìn)行了說(shuō)明。具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

      1 測(cè)量原理

      激光干涉儀有單頻和雙頻之分,單頻激光干涉儀受環(huán)境因素影響較大,一般用于特定環(huán)境的實(shí)驗(yàn)室。雙頻激光干涉儀出現(xiàn)于20世紀(jì)七十年代,其應(yīng)用頻率變化來(lái)測(cè)量位移,位移信息載于和的頻差上,對(duì)由光強(qiáng)變化引起的直流電平變化不敏感,抗干擾能力強(qiáng),廣泛應(yīng)用于各種工況下。其工作原理如下圖1所示:

      檢測(cè)時(shí),角錐反射鏡1與分光鏡同時(shí)固定在床身上,角錐反射鏡2相對(duì)于分光鏡移動(dòng),激光源發(fā)出單一頻率的激光光束,經(jīng)分光鏡分成兩束光,分別經(jīng)角錐反射鏡反射回分光鏡中,在探測(cè)器中形成光束干涉。當(dāng)光程差發(fā)生變化時(shí),探測(cè)器就能觀察到相長(zhǎng)和相消干涉兩端之間的信號(hào)變化,即可獲得兩光程差的變化,獲得測(cè)量的長(zhǎng)度[3-5]。

      激光干涉儀模塊中有環(huán)境補(bǔ)償系統(tǒng),作用是采集測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的濕度、溫度和大氣壓力,用于調(diào)節(jié)激光光束的波長(zhǎng),環(huán)境補(bǔ)償系統(tǒng)界面如下圖2所示,圖中第一行表示傳感器采集測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的溫度、濕度和氣壓數(shù)據(jù),用于對(duì)激光干涉儀中激光光束波長(zhǎng)的調(diào)節(jié);第二行為物體膨脹效應(yīng)補(bǔ)償系數(shù),人工輸入數(shù)據(jù),由機(jī)床實(shí)際材質(zhì)決定;第三行為設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)溫度值,將當(dāng)前測(cè)量數(shù)值等效為標(biāo)準(zhǔn)溫度參數(shù)時(shí)的等效波長(zhǎng)。標(biāo)準(zhǔn)溫度一般設(shè)定為20℃。表示將當(dāng)前測(cè)量數(shù)據(jù)等效為標(biāo)準(zhǔn)溫度條件下的誤差。

      2 測(cè)試實(shí)例

      3 結(jié)論

      對(duì)雷尼紹激光干涉儀線性測(cè)量及補(bǔ)償原理進(jìn)行了詳細(xì)探討,得出了測(cè)量距離與脈沖和波長(zhǎng)數(shù)之間的關(guān)系,指出了測(cè)量過(guò)程中定位和重復(fù)定位的計(jì)算方法。激光干涉儀在線性測(cè)量過(guò)程中影響測(cè)量精度的因素非常多,為了獲得滿意的精度,在線性測(cè)量與補(bǔ)償時(shí)盡量將鏡頭組固定在與讀數(shù)頭同位置處,以實(shí)現(xiàn)精度測(cè)量及補(bǔ)償數(shù)據(jù)的穩(wěn)定。

      參考文獻(xiàn):

      [1]楊新剛,黃玉美.激光干涉測(cè)長(zhǎng)未對(duì)準(zhǔn)誤差分析[J].光子學(xué)報(bào),2010,39(02):311-315.

      [2]薛梅,羨一民,于東升.激光干涉儀波長(zhǎng)的自動(dòng)實(shí)時(shí)補(bǔ)償[J].工具技術(shù),2005,39(08):90-91.

      [3]張建輝.激光干涉儀在提高數(shù)控機(jī)床定位精度中的應(yīng)用[J].機(jī)床與液壓,2011,39(04):114-115.

      [4]王哲,趙愛(ài)國(guó),趙德云等.數(shù)控機(jī)床定位精度的綜合分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2010(09):132-133.

      [5]孫興偉,張春黨,張興偉等.數(shù)控機(jī)床定位精度檢測(cè)及補(bǔ)償方法的研究[J].機(jī)床與液壓,2014,42(23):93-96.

      [6]GB/T 17421[1].2-2000,數(shù)控軸線的定位精度和重復(fù)定位精度的確定[S].

      基金項(xiàng)目:陜西省軍民融合基金研究項(xiàng)目(16JMR04);渭南師范學(xué)院院級(jí)科研項(xiàng)目(17YKF05)

      作者簡(jiǎn)介:賈平平(1980-),男,湖北洪湖人,博士,講師,主要研究方向:數(shù)控技術(shù)及儀器測(cè)量技術(shù)。

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