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激光干涉仪总述

更新时间:2023-04-17   点击次数:731次

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,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。

激光干涉仪.jpg

一激光干涉仪的组成部分

  激光干涉仪包括:激光光源,迈克尔逊型或其他形式的干涉光学系统,光电转换器件为fc的信号接收系统,可逆计数器、显示记录装置组成的信号处理系统,以及可移动平台、光电显微镜组成的运动与对准系统等部件。


1.光源

激光光源与普通光源相比具有很大优势,激光是靠介质内的受激辐射向外发出大量的光F而形成的,具有高单色性、高亮度的特点。良好的单色性可使其相干距离达到几十公里,&大增加了可测的长度范围;ji的亮度使接收器产生较强的光电信号,提高计数速度,缩S测量时间。稳定连续的激光使干涉仪的测量精度达到了的高度。

2.干涉光学系统

迈克尔逊型干涉光学系统是激光干涉测量系统的核心部分,根据需求,其分光元件.交吃元件及总体布局有多种形式。

3.运动与对准、信号接收与处理系统

可移动平台与迈克尔逊干涉仪的测量镜相连,平台移动时,光束2的光程发生变化从而使干涉仪条纹发生周期性变化。光电显微镜是一固定部件,用于对准待测物体,随着平台移动给出起始与终止信号,传入显示记录装置,帮助处理测量结果,其瞄准精度对整个仪器的测量精度有很大影响。


二、激光干涉仪分类

1.单频激光干涉仪

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]式中λ为 激光波长(N 为电脉冲总数),算出可动反射镜的位移量L。使用单频激光干涉仪时,要求周围大气处于稳定状态,各种空气湍流都会引起直流电平变化而影响测量结果。

2.双频激光干涉仪

激光干涉仪激光干涉仪

在氦氖激光器上,加上一个约0.03特斯拉的轴向磁场。由于塞曼分裂效应和频率牵引效应, 激光器产生1和2两个不同频率的左旋和右旋圆偏振光。经1/4波片后成为两个互相垂直的线偏振光,再经分光镜分为两路。一路经偏振片1后成为含有频率为f1-f2的参考光束。另一路经偏振分光镜后又分为两路:一路成为仅含有f1的光束,另一路成为仅含有f2的光束。当可动反射镜移动时,含有f2的光束经可动反射镜反射后成为含有f2 ±Δf的光束,Δf是可动反射镜移动时因多普勒效应产生的附加频率,正负号表示移动方向(多普勒效应是奥地利人C.J.多普勒提出的,即波的频率在波源或接受器运动时会产生变化)。这路光束和由固定反射镜反射回来仅含有f1的光的光束经偏振片2后会合成为f1-(f2±Δf)的测量光束。测量光束和上述参考光束经各自的光电转换元件、放大器、整形器后进入减法器相减,输出成为仅含有±Δf的电脉冲信号。经可逆计数器计数后,由电子计算机进行当量换算(乘 1/2激光波长)后即可得出可动反射镜的位移量。双频激光干涉仪是应用频率变化来测量位移的,这种位移信息载于f1和f2的频差上,对由光强变化引起的直流电平变化不敏感,所以抗干扰能力强。它常用于检定测长机、三坐标测量机、光刻机和加工中心等的坐标精度,也可用作测长机、高精度三坐标测量机等的测量系统。利用相应附件,还可进行高精度直线度测量、平面度测量和小角度测量。


三、激光干涉仪产品功能特点

可实现线性、角度、直线度、垂直度、平行度、平面度、回转轴等几何参量的高精密测量;

可检测数控机床、三坐标测量机等精密运动设备其导轨的线性定位精度、重复定位精度等,以及导轨的俯仰角、扭摆角、直线度、垂直度等;

可实现对机床回转轴的测量与校准;

可根据用户设定的补偿方式自动生成误差补偿表,为设备误差修正提供依据;

具有动态测量与分析功能,包括位移分析、速度分析、加速度分析、振幅和频率分析等,可进行振动分析、丝杆导轨的动态特性分析、驱动系统的响应特性分析等;

支持手动或自动进行环境补偿。


四、激光干涉仪应用:

组装机床高校、机床直线度测量、机床测量、数据机床校准、机床回转轴测量、龙门加工中心测量、激光切割机测量、自动化设备测量、长导轨测量、加工中心回转轴测量、测量机床倾斜轴线测量