激光干涉儀使用技巧

1、廚靜堂鴦濺斌技術(shù)）亭第弘謄第麓激光干涉儀使用技巧口洫魏純（廣州市計(jì)最檢測(cè)技術(shù)研究院，廣東廣州）瓣萎：本文討論了激光予涉儀在使用巾的準(zhǔn)直等技礴，用戶(hù)在實(shí)際使用中增加葺芒件以及維護(hù)巾邋薊的同舔。燕鍵詞：激光平涉儀；準(zhǔn)直引言高性能激光干涉儀具有快速、高準(zhǔn)確測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，是校準(zhǔn)數(shù)字機(jī)床、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)及其它定位裝置精度及線(xiàn)性指標(biāo)最常用的標(biāo)準(zhǔn)儀器，弦者所在單位使用的是英國(guó)公閉生產(chǎn)的激光干涉儀，具有性能穩(wěn)定，使罱方便等特點(diǎn)。通過(guò)較長(zhǎng)時(shí)闖使用，作者認(rèn)為測(cè)量人員除了要考慮環(huán)境、溫度、原理等影響測(cè)量的常規(guī)因素外，掌握一些激光干涉儀的使用技巧會(huì)使測(cè)量互作事半功倍。原理介紹激光干涉儀是根據(jù)光學(xué)千涉基本原理設(shè)計(jì)磊成酌。從激

2、光器射出的激光束有單一頻率，其標(biāo)稱(chēng)波長(zhǎng)雋，且其長(zhǎng)期波長(zhǎng)穩(wěn)定?。ㄕ婵諣顟B(tài)）要高于。當(dāng)此光束抵達(dá)偏振分光鏡時(shí)，會(huì)被分為兩道光束一一道反射光糯一道透射光。這兩道光射向其反光鏡，然后透過(guò)分光鏡反射圈去，在激光頭內(nèi)的探測(cè)器形成一道干涉光束。若光程差沒(méi)有任俺變訖，探測(cè)器會(huì)在樵長(zhǎng)性秘楣潢性于涉的兩極找到穩(wěn)定的信號(hào)。若光程差確實(shí)有變化，探測(cè)器會(huì)在每一次光程改變時(shí)，在相長(zhǎng)性和相消性干涉的弼極找到變動(dòng)的信號(hào)。這些變化（援格）會(huì)被計(jì)算并用來(lái)測(cè)量?jī)蓚€(gè)光程聞的差異變化。測(cè)量的光程就是柵格數(shù)乘以光束大約一半的波長(zhǎng)。值褥注意的是，激光束的波長(zhǎng)取決于所通過(guò)敖空氣折射率。由于空氣折射率會(huì)隨著溫度、壓力和相對(duì)濕度而變化，用來(lái)計(jì)算

3、測(cè)蹩值的波長(zhǎng)值可能需要加以李償，以配合這魍環(huán)境參數(shù)豹改變。實(shí)際上就測(cè)量準(zhǔn)確度而言，此類(lèi)補(bǔ)償在進(jìn)行線(xiàn)性位移（定位精度）測(cè)量，特別是量程較大時(shí)，非常重要。激光干涉儀使用技巧軸激光光路快速準(zhǔn)直方法用激光干涉儀進(jìn)行線(xiàn)性測(cè)量時(shí)，無(wú)論是數(shù)字機(jī)床、還是坐標(biāo)測(cè)燮楓，軸測(cè)量酵激光光路的礁童榻對(duì)、軸準(zhǔn)直來(lái)說(shuō)，要困難的多。尤其是在軸距離較長(zhǎng)的情況下，要保證激光光束經(jīng)反射鏡反射后回到激先探測(cè)器的強(qiáng)度滿(mǎn)足測(cè)量對(duì)對(duì)光強(qiáng)的要求，準(zhǔn)妻激光光路往往需要很長(zhǎng)時(shí)間。根據(jù)作者長(zhǎng)期使用的經(jīng)驗(yàn)，按照“離處動(dòng)尾部，低處動(dòng)整體”的調(diào)整方法，將會(huì)大大縮短漆直時(shí)聞。（“尾部”是指激光器電源接口邊上的傾斜度調(diào)蹩旋鈕和三兔架云臺(tái)上的旋轉(zhuǎn)微調(diào)控制旋鋰

4、，“整體”是指三。角架云龠酶平移控制旋鋰和三角架的商度調(diào)整曲柄。）具體調(diào)整方法如下：軸置于低處，利用激光器外斃中部的瞄準(zhǔn)槽，正對(duì)軸放置分光鏡，左右移開(kāi)輔，觀(guān)察激光光路，保證激光轉(zhuǎn)向后大致平行于軸，左右移回軸放置線(xiàn)性反射鏡及光靶（可以蓋在反射或分光鏡上以幫助入眼瞄準(zhǔn)及控制光路的靶），激光打在反射鏡光靶上。初步調(diào)整后，圍定分光鏡并在分光鏡上安裝光靶，通過(guò)“整體”調(diào)整精確瞄準(zhǔn)光靶后，取下分光鏡光韉，將軸升離，觀(guān)察激光在反光鏡光靶上偏離程度，同時(shí)透過(guò)“尾部”調(diào)整使激光對(duì)準(zhǔn)反光鏡光靶，若在此過(guò)程中醫(yī)“尾部”的調(diào)整導(dǎo)致分光鏡遮擋了部分激光，嬲將軸停止上升西到起始處，重新調(diào)整“整體”，再次對(duì)準(zhǔn)反射鏡光靶。緊

5、接著再升軸，繼續(xù)調(diào)整“尾部”，觀(guān)察激光在反光鏡光靶上德離程度。重復(fù)整個(gè)過(guò)程，往德凡次即可達(dá)封準(zhǔn)直要求。需要注意的是“整體”和“尾部”不能同時(shí)調(diào)整，一定按照“高處動(dòng)尾部，低處動(dòng)整體”的方法分另諼整，否財(cái)溺整過(guò)程很容易混亂。輔助工具的選擇雖然激光干涉儀安裝組件比較齊全，但在實(shí)際使瘸過(guò)程孛逐是需要另外配置一些轅助工輿：自己研制低高度云螽支架部分機(jī)床工作臺(tái)高度與地面是基本相平的，那么測(cè)量軸器重，如果使黑激光干涉儀原裝三角架及云臺(tái)安放激光器于地面，則肯定會(huì)因?yàn)槿羌鼙旧淼母叨?，損失左右的測(cè)量范圍。作者是采用自己研制低的高度云臺(tái)支架，焉機(jī)床的遁蔫緊逶裝置露緊在槐床平臺(tái)上或利用藏物緊圃，將云臺(tái)裝在上面，仍然

6、利用手柄鎖緊，整個(gè)裝置高左右，則最大程度的保魏純：激光干涉僅使用技巧雹證軸的測(cè)量范圍。選擇磁性表座磁性表座是激光干涉儀常用的輔助工具，選擇時(shí)需要注意，表座工作面上需有的螺孔以配合安裝鏡組安裝桿，主磁性吸面位于底面和側(cè)面的表座各選擇兩個(gè)（實(shí)驗(yàn)室或工廠(chǎng)多采用的是主磁性吸面位于底面的表座），在測(cè)量時(shí)，往往側(cè)面吸的表座更利于激光干涉儀鏡組的安裝。在現(xiàn)場(chǎng)使用是激光干涉儀廣泛應(yīng)用的一個(gè)特點(diǎn)，但往往現(xiàn)場(chǎng)工作條件比較差，裝夾具不一定全。作為校準(zhǔn)測(cè)試人員，提前較好較全地選擇配套輔助工具，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，合理使用輔助工具，是順利、高效完成測(cè)量任務(wù)的重要一環(huán)。鏡組的靈活使用激光干涉儀配備有線(xiàn)性測(cè)量鏡組、角度測(cè)量鏡組、

7、平面度測(cè)量組件、直線(xiàn)度測(cè)量組件、垂直度測(cè)量鏡組、激光器準(zhǔn)直輔助鏡等等，實(shí)際使用中，有些不同功能的鏡組也可以相互組合使用，以滿(mǎn)足測(cè)量需要。比如角度測(cè)量鏡組中的反射鏡也可以替換線(xiàn)性測(cè)量鏡組中的反射鏡；激光器準(zhǔn)直輔助鏡的使用可以減少準(zhǔn)直調(diào)整的時(shí)間。同時(shí)，激光干涉儀各個(gè)測(cè)量鏡組也可以在別的測(cè)量工作中使用，常見(jiàn)的利用分光鏡或者光學(xué)直角器，達(dá)到改變光路，方便測(cè)量的目的。這需要，測(cè)量人員了解設(shè)備性能、掌握測(cè)量技巧，在滿(mǎn)足測(cè)量準(zhǔn)確度的前提下活學(xué)活用。配備專(zhuān)用電腦的重要性激光干涉儀常配合筆記本電腦使用，但如果不注意專(zhuān)用的問(wèn)題，無(wú)論是軟件沖突、抑或是電腦病毒，往往會(huì)影響到測(cè)量和使用。作者曾經(jīng)在一臺(tái)大型銑床位置準(zhǔn)確

8、度檢測(cè)過(guò)程中，遇到測(cè)量中電腦無(wú)端重啟，導(dǎo)致之前測(cè)量過(guò)程中的數(shù)據(jù)全部丟失的情況。過(guò)后檢查該電腦，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)病毒或其他問(wèn)題，但確實(shí)長(zhǎng)時(shí)間用于激光干涉儀測(cè)量中，會(huì)出現(xiàn)重啟的現(xiàn)象。電腦專(zhuān)屬專(zhuān)用，利于測(cè)量數(shù)據(jù)長(zhǎng)期保存，方便測(cè)量人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、問(wèn)題查找。日常維護(hù)激光干涉儀使用中日常維護(hù)也同樣重要，要注意以下幾點(diǎn)：（）避免現(xiàn)場(chǎng)與儀器箱內(nèi)溫差較大時(shí)，直接開(kāi)箱使用；（）運(yùn)輸、使用中避免劇烈碰撞；（）儀器線(xiàn)纜要防止碾、壓，線(xiàn)纜接口防止變形；（）多塵的環(huán)境中，要注意光學(xué)鏡組放塵，測(cè)量間隙較長(zhǎng)時(shí)，注意將激光光閘關(guān)閉，防止灰塵進(jìn)入激光器；（）清洗光學(xué)鏡組要使用高質(zhì)量的擦拭紙、清洗液。參考文獻(xiàn)】楊靖岳，邵蔭梅，張仁岱，周

9、明家白準(zhǔn)直儀機(jī)械工業(yè)出版杜，計(jì)量測(cè)試技術(shù)手冊(cè)編委計(jì)量測(cè)試技術(shù)手冊(cè)第二卷中國(guó)計(jì)量出版社，阿雷克舒爾茨一杜波依斯激光器科學(xué)出版社，【】葉聲華激光在精密計(jì)量的應(yīng)用機(jī)械工業(yè)出版社，激光干涉儀測(cè)量系統(tǒng)說(shuō)明書(shū)作者簡(jiǎn)介：魏純，男，助理工程師。工作單位：廣州市計(jì)量檢測(cè)技術(shù)研究院。通訊地址：廣州市廣仁路號(hào)。收稿時(shí)問(wèn)一加。（上接第頁(yè)）不要用力過(guò)猛，同時(shí)不能使齒輪與齒條脫離嚙合。調(diào)整好嚙合間隙后將三個(gè)安裝螺釘擰緊。（）修理示值誤差?？ǔ叩氖局嫡`差在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)為負(fù)時(shí)的修理。見(jiàn)表。表單位：將主尺背面固定齒條靠近測(cè)量面第一個(gè)螺釘松開(kāi)，裁剪一條長(zhǎng)度寬度厚度左右的銅箔如果沒(méi)有用普通打印紙也可以。將銅箔塞到齒條與主尺接觸的

10、間隙中，然后擰緊固定螺釘。注意不要讓銅箔高出齒條表面。卡尺的示值誤差在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)有正有負(fù)時(shí)的修理。見(jiàn)表。修理方法基本同上。不同之處是要擰松附近固定齒條的螺釘，將銅箔塞到處齒條與主尺接觸的間隙中，然后擰緊固定螺釘。用此方法修理帶表卡尺示值誤差效果明顯，只是在修理時(shí)要根據(jù)示值誤差的大小選用不同厚度的銅箔（或紙張）。作者簡(jiǎn)介：張軍生，男，高級(jí)技師。工作單位：中國(guó)航天科工集團(tuán)研究所。（湖南國(guó)防區(qū)域計(jì)量站校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室）。通訊地址：湖南省長(zhǎng)沙市信箱分箱。收稿時(shí)聞： 激光干涉儀使用技巧作者：魏純作者單位：廣州市計(jì)量檢測(cè)技術(shù)研究院,廣東,廣州,510030刊名：計(jì)量與測(cè)試技術(shù)英文刊名：METROLOGY &

11、 MEASUREMENT TECHNIQUE年，卷(期：2007，34(10引用次數(shù)：0次參考文獻(xiàn)(5條1. 楊靖岳. 邵蔭梅. 張仁岱. 周明家 自準(zhǔn)直儀 19822. 計(jì)量測(cè)試技術(shù)手冊(cè)編委會(huì) 計(jì)量測(cè)試技術(shù)手冊(cè) 19973. F T 阿雷克. E O 舒爾茨-杜波依斯 激光器 19804. 葉聲華 激光在精密計(jì)量的應(yīng)用 19825. RENISHAW ML10激光干涉儀測(cè)量系統(tǒng)說(shuō)明書(shū)相似文獻(xiàn)(10條1.會(huì)議論文 曹利波 利用激光干涉儀對(duì)機(jī)床定位精度的快速檢測(cè) 2008簡(jiǎn)要介紹了雙頻激光干涉儀的組成和工作原理,并介紹了一種快速調(diào)整激光干涉儀準(zhǔn)直的方法以及檢測(cè)機(jī)床定位精度時(shí)的注意事項(xiàng)。2.期刊論

12、文 于迎紅 激光干涉儀線(xiàn)性光束準(zhǔn)直的快速調(diào)整方法 -計(jì)量技術(shù)2006(9本文介紹了在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)激光干涉儀光束準(zhǔn)直的快速調(diào)整方法,掌握技巧可提高工作效率.3.學(xué)位論文 成相印 激光準(zhǔn)直測(cè)量中幾個(gè)基礎(chǔ)性問(wèn)題的研究 19944.學(xué)位論文 陳慶 基于信號(hào)調(diào)制的二維微小角度傳感器的設(shè)計(jì) 2007角度測(cè)量在現(xiàn)代企業(yè)的質(zhì)量保證體系中具有非常重要的地位，也是幾何量計(jì)量技術(shù)的重要組成部分。隨著納米測(cè)試技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，高精度、高分辨率小角度測(cè)量方法的研究成為此領(lǐng)域研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容?，F(xiàn)階段由于運(yùn)用了各種先進(jìn)的測(cè)量手段和儀器，使得測(cè)量準(zhǔn)確度和精度達(dá)到了很高的水平。但是，傳統(tǒng)的小角度測(cè)量?jī)x器如激光干涉儀，光電自準(zhǔn)直儀

13、等，由于具有體積大、系統(tǒng)復(fù)雜、造價(jià)昂貴、對(duì)測(cè)量環(huán)境要求高、較難組成多維測(cè)角系統(tǒng)等特點(diǎn)而很難用于工業(yè)高精度在線(xiàn)測(cè)量。 本課題就是在這樣的背景下提出來(lái)的。為了解決上述問(wèn)題，本課題基于光學(xué)內(nèi)反射效應(yīng)，設(shè)計(jì)并試制了一種新型二維微小角度傳感器，實(shí)現(xiàn)二維角度的測(cè)量，為下一步設(shè)計(jì)組建小型化多自由度位移檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)精密加工機(jī)床或坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)及誤差的測(cè)量奠定基礎(chǔ)。本系統(tǒng)采用基于MSP430高性能單片機(jī)檢測(cè)電路進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度；使用光源調(diào)制方法，提高信號(hào)的測(cè)量精度。 以下是本論文的主要研究?jī)?nèi)容： 1.論述了本文研究的目的和意義，查閱了大量的國(guó)內(nèi)外有關(guān)技術(shù)資料，綜合評(píng)述了微小角度測(cè)量技術(shù)

14、的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。 2.從理論上系統(tǒng)的分析了基于光學(xué)內(nèi)反射效應(yīng)測(cè)角法的原理。 3.設(shè)計(jì)制作了一種可調(diào)制半導(dǎo)體激光器，包括準(zhǔn)直系統(tǒng)和調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路。 4.設(shè)計(jì)制作了基于單片機(jī)系統(tǒng)的處理電路，對(duì)其技術(shù)性能、工作特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。 5.提出該傳感器的評(píng)價(jià)方法，對(duì)影響檢測(cè)準(zhǔn)確度的誤差因素進(jìn)行了比較系統(tǒng)地分析。5.期刊論文 高媛. 郭麗莎 激光干涉儀測(cè)角系統(tǒng)的精度補(bǔ)償方法 -計(jì)量技術(shù)2003(1提出一種新的準(zhǔn)直方法,對(duì)HP5528A激光干涉儀測(cè)角實(shí)現(xiàn)了精密計(jì)量.6.期刊論文 黃天喜. 嚴(yán)禎. 曾韜. HUANG Tian-xi. YAN Zhen. ZENG Tao 幾種測(cè)量機(jī)床導(dǎo)軌直線(xiàn)度誤差的方法 -

15、機(jī)械工程與自動(dòng)化2008(2介紹了3種測(cè)量機(jī)床導(dǎo)軌直線(xiàn)度的方法,闡述了其基本原理,并對(duì)其進(jìn)行了分析和比較.7.期刊論文 張立新. 黃玉美. 王峰. ZHANG Li-xin. HUANG Yu-mei. WANG Feng 干涉測(cè)量的誤差分析與并聯(lián)機(jī)床的準(zhǔn)確度測(cè)量 -光子學(xué)報(bào)2008,37(6對(duì)雷尼紹激光干涉儀的線(xiàn)性測(cè)量原理進(jìn)行了詳細(xì)探討,分析了干涉儀在線(xiàn)性測(cè)量中的主要影響因素和誤差誘因;作出了線(xiàn)性測(cè)量的準(zhǔn)直誤差特性曲線(xiàn)和阿貝誤差特性曲面,并利用最小二乘法擬合得到了干涉儀準(zhǔn)直測(cè)量誤差的數(shù)學(xué)模型和沿u、v方向離散的阿貝誤差特性曲線(xiàn)方程;給出了一種建立誤差數(shù)學(xué)模型的方法采用激光干涉儀檢測(cè)了并聯(lián)數(shù)控

16、機(jī)床直線(xiàn)軸的運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確度,并提出了一種適合于并聯(lián)機(jī)床直線(xiàn)軸定位準(zhǔn)確度測(cè)量的干涉測(cè)量方法.8.學(xué)位論文 嚴(yán)琴 落體法等效原理實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)中的激光干涉測(cè)量系統(tǒng) 20029.學(xué)位論文 程吉水 工件臺(tái)激光干涉儀測(cè)量誤差模型研究 2008多自由度精密運(yùn)動(dòng)臺(tái)是集成電路設(shè)備、精密加工機(jī)床等的關(guān)鍵部件，具有速度大、精度高的特性，其運(yùn)動(dòng)精度直接影響整機(jī)的性能，因此多自由度精密運(yùn)動(dòng)臺(tái)的高速高精運(yùn)動(dòng)控制十分關(guān)鍵。實(shí)現(xiàn)多自由度精密運(yùn)動(dòng)臺(tái)的高精度運(yùn)動(dòng)控制，需要建立準(zhǔn)確的測(cè)量模型。在這些模型和算法中存在大量的參數(shù)需要辨識(shí)與校準(zhǔn)，參數(shù)辨識(shí)與校準(zhǔn)直接影響光刻機(jī)工件臺(tái)的運(yùn)動(dòng)精度。本文以工件臺(tái)測(cè)量系統(tǒng)中的6軸雙頻激光干涉儀為對(duì)象，定量分析各種測(cè)量誤差的光程，再結(jié)合權(quán)重因子得到X、Y向6個(gè)光軸的光程。以在工件臺(tái)傾斜和工件臺(tái)旋轉(zhuǎn)下的X、Y向6個(gè)光軸光程為基礎(chǔ)，計(jì)算出干涉儀光束傾斜時(shí)工件臺(tái)同時(shí)傾斜和干涉儀光束旋轉(zhuǎn)時(shí)工件臺(tái)同時(shí)旋轉(zhuǎn)的X、Y向6個(gè)光軸光程，通過(guò)疊加換算得到含有機(jī)器常數(shù)的誤差模型。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合出誤差模型中的各個(gè)機(jī)器常數(shù)，對(duì)該誤差模型的正確性和有效性進(jìn)行驗(yàn)證，在光刻機(jī)的樣機(jī)上被證實(shí)取得良好效果：由模型前Y向的位置誤差10