激光干涉儀功能與應用

1、中圖儀器SJ6000激光干涉儀產(chǎn)品具有測量精度高、測量速度快、測量范圍大、分辨力高等優(yōu)點。通過與不同的光學組件結合，可以實現(xiàn)對線性、角度、平面度、直線度（平行度）、垂直度、回轉(zhuǎn)軸等參數(shù)的精密測量，并能對設備進行速度、加速度、頻率-振幅、時間-位移等動態(tài)性能分析。在相關軟件的配合下，可自動生成誤差補償方案，為設備誤差修正提供依據(jù)。 1. 靜態(tài)測量SJ6000激光干涉儀的系統(tǒng)具有模塊化結構，可根據(jù)具體測量需求選擇不同組件。SJ6000基本線性測量配置：圖 1-基本線性配置SJ6000全套鏡組：圖 2-SJ6000全套鏡組鏡組附件：輕型線性附件遠距離線性附件可調(diào)轉(zhuǎn)向鏡直線度附件圖3-SJ6000 鏡

2、組附件鏡組安裝配件：鏡組安裝件測頭夾具 垂直度安裝三腳架圖4-SJ6000 鏡組安裝配件 1.1. 線性測量1.1.1. 線性測量構建要進行線性測量，需使用隨附的兩個外加螺絲將其中的一個線性反射鏡安裝在分光鏡上，組裝成“線性干涉鏡”。線性干涉鏡放置在激光頭和線性反射鏡之間的光路上，用它的反射光線形成激光光束的參考光路，另一束光入射到線性反射鏡，通過線性反射鏡的線性位移來實現(xiàn)線性測量。如下圖所示。圖 5-線性測量構建圖圖 6-水平軸線性測量樣圖圖 7-垂直軸線性測量樣圖1.1.2. 線性測量的應用1.1.2.1. 線性軸測量與分析激光干涉儀可用于精密機床、三坐標的定位精度、重復定位精度、微量位移

3、精度的測量。測量時在工作部件運動過程中自動采集并及時處理數(shù)據(jù)。圖 8-激光干涉儀應用于機密機床校準圖 9-激光干涉儀應用于三坐標機校準SJ6000軟件內(nèi)置10項常用機床檢驗標準，自動采集完數(shù)據(jù)后根據(jù)所選標準自動計算出所需誤差數(shù)據(jù)，可生成誤差補償表，為機床、三坐標的誤差修正提供依據(jù)。圖8-數(shù)據(jù)采集界面圖 9-數(shù)據(jù)處理界面圖 10-數(shù)據(jù)分析曲線界面1.1.2.2. 高精度傳感器校準利用激光干涉儀對位移傳感器檢定成為發(fā)展趨勢，其特點是反應速度快、測量精度高。圖 10-激光干涉儀應用于傳感器校準1.1.2.3. 實驗室標準器激光干涉儀是當今精度最高的測長儀器，因光波具有可以直接對米進行定義且容易溯源的

4、特點，因此國家實驗室多用激光干涉儀做實驗室標準器進行量值傳遞。圖 11-激光干涉儀應用于實驗室1.1.2.4. 輕型線性附件的應用對于光學鏡重量或尺寸可能影響機器動態(tài)性能或光學鏡安裝遇到困難的應用場合，中圖儀器提供的輕型線性附件，其小角錐反射鏡重量在8g以內(nèi)，可直接吸附在測量設備上，以此降低鏡組附件重量對機器測量的影響。詳見下圖：圖 12-輕型線性附件圖 13-輕型線性附件應用于測長機實例圖 14-輕型線性附件應用于螺紋機測量實例1.1.2.5. 可調(diào)轉(zhuǎn)向鏡的使用可調(diào)轉(zhuǎn)向鏡可以把水平光線傾斜20°以上的角度，用于傾斜機床、三坐標機的測量。圖 15 傾斜機床的定位精度檢測1.1.2.6

5、. 測頭夾具的使用測頭夾具能固定在32mm的三坐標探頭上，方便固定線性反射鏡。1.2. 角度測量1.2.1. 角度測量構建與線性測量原理一樣，角度測量需要角度干涉鏡和角度反射鏡，測試時角度反射鏡和角度干涉鏡必須有一個相對旋轉(zhuǎn)，相對旋轉(zhuǎn)后兩束光的光程差就會發(fā)生變化，而光程差的變化會被SJ6000激光干涉儀探測器探測出來，由軟件將線性位置的變化轉(zhuǎn)換為角度的變化顯示出來。圖 16-角度測量原理及測量構建 圖 17水平軸俯仰角度測量樣圖 圖 18-2水平軸偏擺角度測量樣圖1.2.2. 角度測量的應用1.2.2.1. 小角度精密測量激光干涉儀角度鏡能實現(xiàn)±10°以內(nèi)的角度精密測量。圖

6、 19-小角度測量實例1.2.2.2. 準直平臺/傾斜工作臺的測量由于角度鏡組的不同安裝方式，其測量結果代表不同方向的角度值。您可以結合實際需要進行安裝、測量。圖 20-水平方向角度測量圖 21-垂直方向角度測量在垂直方向的角度測量中，角度反射鏡記錄下導軌在不同位置時的角度值，可由軟件分析出導軌的直線度信息，實現(xiàn)角度鏡組測量直線度功能。1.3. 直線度測量1.3.1. 直線度測量構建SJ6000激光頭射出后的激光由直線度干涉鏡以一定的小角度分為兩束，并入射到直線度反射鏡中。經(jīng)直線度反射鏡反射后，沿著新光路返回到直線度干涉鏡中，經(jīng)直線度干涉鏡合束后返回激光頭的進光口，當直線度干涉鏡偏離光線，則兩

7、光束產(chǎn)生光束差，由激光干涉儀探測器探測出來，由軟件計算顯示出來。圖 22-直線度測量原理在直線度測量過程中，一般盡可能的采用直線度干涉鏡相對于直線度反射的運動，這樣操作有利于提高測量的準確性和精度。圖 23-直線度測量構建1.3.2. 直線度干涉鏡的連接SJ6000直線度干涉鏡提供兩種連接方式。除通過夾緊塊連接外，還可以通過直線度附件中的M8連接頭連接。圖 24直線度附件-M8連接頭以及應用1.3.3. 直線度測量應用由于導軌磨損、事故造成的導軌損壞以及地基不牢導致的導軌彎曲等，會對機器的定位、加工精度帶來直接的影響。直線度測量可以顯示出機器導軌的彎曲的情況，并可由生成的直線度誤差對機器的性能

8、做出評價和補償。直線度測量可以對水平面和垂直面進行測量，這取決于直線度干涉鏡和反射鏡安裝的方法。1.3.3.1. 機器軸、直線導軌測量當需要測量導軌較長時，傳統(tǒng)的直接測量方法無法提供這樣的測量長度和精度。測量建議將質(zhì)量較輕的直線度干涉鏡作為移動部件，因為較重的反射鏡的移動可能會對測量的準確性產(chǎn)生影響。圖 25-直線導軌左右方向直線度測量圖 26-直線導軌上下方向直線度測量1.3.3.2. 機床工作臺直線度測量測量時，直線度反射鏡固定，直線度干涉鏡安裝在移動的工作臺上，通過直線度干涉鏡的移就可以測量工作臺的直線度。圖 27-機床平臺左右方向直線度測量圖 28-機床平臺上下方向直線度測量圖 29-

9、小型工作臺直線度測量1.4. 垂直度測量1.4.1. 垂直度測量構建垂直度的測量是直線度測量在二維方向上的延伸，進行垂直度測量就是在同一基準上對兩個標稱正交軸分別進行直線度的測量。然后對兩個軸的直線度進行比較，得出兩個軸的垂直度。共同的參考基準通常指的是兩次測量時反射鏡的光學準直軸，在兩次測量過程中既不移動、也不調(diào)整，光學直角尺用于至少一次測量中，允許調(diào)整激光束與直線度的準直，而不動直線度反射鏡。垂直度誤差 = 棱鏡誤差 - （傾斜度 1 + 傾斜度 2）圖 30-垂直圖測量構建1.4.2. 垂直度測量應用1.4.2.1. 機器軸垂直度誤差測量(數(shù)控機床、坐標測量機等) 垂直度測量通過比較直線

10、度值從而確定兩個標稱正交坐標軸的垂直度。垂直度誤差可能是導軌磨損、機器地基差或雙驅(qū)動機器上的兩原點傳感器未準直造成的。垂直度誤差將對機器的定位精度及插補能力產(chǎn)生直接影響。一般情況下對于超過1.5米長的機器軸，使用激光干涉儀這樣的光學方法是唯一的選擇，因為傳統(tǒng)的實物基準，如直角尺(金屬或大理石等) 的長度一般局限于1米的范圍內(nèi)。1.4.2.2. X,Y軸垂直度對準X,Y工作臺和水平面垂直度測量：不管是什么類型的XY平臺，包括龍門型或者混合型或者其他類型的XY平臺，無論是大型或者小型平臺，重要的是有一個共同的參考基準，如圖31所示的直線度反射鏡，測量過程中直線度反射始終鏡保持不動。圖 31-機床垂

11、直度測量1.4.2.3. 帶Z軸的垂直度測量對于涉及帶Z軸的垂直度測量，需要額外的增加直線度的附件，主要包括一個大角錐反射鏡、一個垂直轉(zhuǎn)向鏡、一個直線度底座。圖 32-直線度附件-大角錐反射鏡、垂直轉(zhuǎn)向鏡、直線度底座圖 33-機床垂直度測量1.5. 平面度測量1.5.1. 平面度測量原理平面測量是在角度測量的基礎上做的延伸，利用角度測量的附件記錄下一系列平面位置角度，再轉(zhuǎn)化為高度的變化。一般按照對角線的方法測量出平臺上不同位置的高度變化值，提供軟件計算得到整個平臺的平面度。圖 34-平面度測量原理圖 35-平面度測量分析1.5.2. 平面度應用及方法測量一個平面的平面度，需要在平面上采集若干條

12、測量直線，平面度測量有常用的方法為：對角線法，又稱米字法圖 36-平面度測量方法對角線法測量平面度時，若激光頭位于G點出，光線射向E點時，建議按照EA、CA、DH、EG、AG、BF、CE、GC的次序進行測量。圖 37-大理石平臺平面度測量實例1.6. 回轉(zhuǎn)軸測量利用高精密轉(zhuǎn)臺與角度測量鏡組中的角度干涉鏡，即可對回轉(zhuǎn)軸進行任意角度測量和校準。高精密轉(zhuǎn)臺小巧輕便、單手可握，可多種方式安裝在被測機床上；高精密轉(zhuǎn)臺內(nèi)置準直角度反射鏡，提高操作效率；使用時采用鋰電池供電、無線藍牙傳輸數(shù)據(jù)，避免了繞線、線拖拽。 圖 38-高精密轉(zhuǎn)臺高度：165mm直徑：125mm角度測量范圍：(0-360)°測

13、量精度：±1角秒最高轉(zhuǎn)速：10rpm圖 39-高精密轉(zhuǎn)臺應用回轉(zhuǎn)軸校準原理：1、 將轉(zhuǎn)臺定位在被測軸上并調(diào)整激光系統(tǒng)的準直（轉(zhuǎn)臺可以自動調(diào)整與光軸的垂直）。2、 在軸的起始位置將激光裝置置零，在計算機上開始采集數(shù)據(jù)并運行數(shù)控程序。3、 完成越程后，軸到達起始目標位置（激光讀數(shù)為零），記錄激光讀數(shù)。4、 被測軸以5°步距移至第二個目標，轉(zhuǎn)臺內(nèi)置的反射鏡反向旋轉(zhuǎn)5°。5、 系統(tǒng)結合激光干涉儀與轉(zhuǎn)臺的讀數(shù)，記錄被測軸在5°的位置誤差。6、 通過使回轉(zhuǎn)軸依次到達一系列測量點，可測量并繪出軸的總體誤差圖。2. 動態(tài)測量動態(tài)測量包含基于時間的動態(tài)測量和基于距離的動態(tài)

14、測量。其中通過基于時間或位移的兩種方式采集到大量的數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進行動態(tài)分析和FFT分析。其中動態(tài)測量與分析包括：位移時間曲線、速度時間曲線、加速度時間曲線、振幅與頻率。軟件可與線性、角度或直線度光學鏡組配合使用，用于線性振動、角度振動、動態(tài)直線度等切削或切割應用場合?？梢浴皩崟r”監(jiān)控數(shù)據(jù)（如調(diào)試機器參數(shù)） ，并可保存最終結果用動態(tài)分析軟件進行進一步分析。2.1. 基于時間的動態(tài)測量基于時間的采集使動態(tài)軟件能夠提供相對位移數(shù)據(jù)，動態(tài)軟件通常在用戶設定的時間范圍內(nèi)采集并保存這些數(shù)據(jù)。2.1.1. 機器位置控制l 運動控制器PID參數(shù)設置。l 高速運動后機器的穩(wěn)定性和穩(wěn)定所需時間。l 用于高性能運動控制的微小步幅(亞微米) 運動測試。2.1.2. 振動監(jiān)視l 掃描應用：用于定位精度不重要、但恒速對實現(xiàn)高質(zhì)量成像非常關鍵的場合。l 機床應用： 典型應用包括要求刀具慢速、平穩(wěn)輪廓運動的高質(zhì)量表面精加工。2.1.3. 振動分析l 分析被測