1、激光干涉儀測長原理典型的激光干涉儀由激光器L、偏振分光鏡PBS、測量反射鏡M、參考反射鏡R、光電檢測器D、檢偏器P和三個/4波片Q1、Q2和Q3組成。激光為線偏振光，經偏振分光鏡分為E1和E2兩線偏振光。當兩干涉臂中/4波片快軸(或慢軸)與X軸夾角相等且為45度時，兩束光通過/4波片后均成為圓偏振光，反射后再次通過/4波片，又轉換為線偏振光，但其振動方向相對原振動方向旋轉了90度，且由于兩干涉臂光程產生了相位差，根據公式：=2=4L/式中：為激光波長，干涉光路的作用是把位移L轉變為合成光振動方向的旋轉角，進而轉換成光電信號的相位，信號處理器的作用就是測量出，從而計算出位移L。垂直度的測量工具在

2、一臺機器施工實例：多軸系統 雙頻激光干涉儀的工作原理雙頻激光干涉儀其雙頻激光測量系統由氦氖雙頻遙置激光干涉儀和電子實時分解系統所組成。它具有以下優點：穩定性好，抗干擾能力強，可在較快的位移速度下測量較大的距離，使用范圍廣，使用方便，測量精度高。基本原理：如圖11-2所示，激光雙頻干涉儀的氦氖激光管，在外加直流軸向磁場的作用下，產生塞曼效應，將激光分成頻率為f1和f2，旋向相反的兩圓偏振光，經/4波片變為線偏振光。調整/4玻片的旋轉角度，使fl和f2的振動平面相互垂直，以互垂直，以作激光干涉圖11-2 雙頻激光干涉儀的工作原理圖1.激光管2./4波片3. 參考分光鏡4. 偏振分光棱境5. 基準錐

3、體棱鏡6.移動測量棱體.檢偏振鏡8.9.11.光電管13.光電調制器儀的光源。當兩個線偏振光經過參考分光鏡3時(見圖11-2)，大部分則由偏振分光棱境4分成兩束。偏振面垂直入射面的f2全反射到與分光鏡固定在一起的基準錐體棱鏡上；偏振面在入射面內的fl則全部通過而射到移動測量棱體6上。由這兩個錐體棱鏡反射回來的光束在偏振分光鏡上合并，并在檢偏振鏡上混頻。當移動錐體棱鏡時，由于多普勒效應，f1變成f1 +f，因而光電元件8所得到的信號是(f1+f)-f2。在可逆計數器中與參考信號(f1-f2)相減，棱鏡每移動半個波長，光程變化是整個波長。測得的位移是l=/2×N，經計算機處理，所測得的位

4、移值可在計算機顯示器上讀出。位移量測量原理如圖11-3所示。圖11-3 位移量測量原理圖四、實驗內容及步驟1使機床各軸回參考點2按圖所示擺放儀器。圖11-4 激光干涉儀的使用示意圖3決定反射鏡（Linear retroreflector）安放位置，并固定在機床上。4選擇透射鏡（Interferometer）安放位置，使反射鏡和透射鏡保持在同一高度。5調整激光頭使其與反射鏡及透射鏡保持在同一直線和同一高度。6接通激光頭的電源，預熱5分鐘后，調整光路使反射光幾乎全部進入激光頭的入口。7移動機床，使其移動一個步距（從機械原點即零點計算起），按下RECORD鍵，從而記錄機床實際移動數值及其移動誤差。如

5、X軸方向的位移測量示意圖5。圖11-5 位移測量示意圖8每隔一個步距移動一次機床，按下RECORD鍵，重復該步五次。在測量數控機床的位置精度時，測量移動的步距（兩個測量點的距離）要根據數控機床系統參數來定，加工中心（VMC-850 FANUC系統）參數中定義的步距為30mm。根據對坐標軸X、Y、Z三個方向位移測量記錄下來的數據：單向和反向測量的數據，繪制誤差曲線圖（橫坐標為測量點的位置長度mm，縱坐標為步距的誤差µm）。數控機床工作軸移動的尺寸填入下表：（1）實際測量工作臺上給定點Pi沿X運動軸單向的運動定位誤差(i=0,l,2,3,4,5)曲線圖數控機床工作移動的尺寸填入下表：負向

6、移動位置起點坐標P0P1P2P3P4P5位移尺寸（mm）激光測量尺寸（mm）誤差值（um）µm0 0 30 60 90 120 150（mm）根據五個測量點的誤差，計算平均誤差，輸入到數控機床參數的單向間隙補償中。（2）實際測量工作臺上給定點Pi沿X運動軸反向的運動定位誤差(i=0,l,2,3,4,5)曲線圖數控機床工作移動的尺寸填入下表：正向移動位置起點坐標P0P1P2P3P4P5位移尺寸（mm）激光測量尺寸（mm）誤差值（um）µm0 0 30 60 90 120 150（mm）根據五個測量點的誤差，計算平均誤差，輸入到數控機床參數的反向間隙補償中。（3）實際測量工作臺

7、上給定點Pj沿Y運動軸單向的運動定位誤差（j=0,l,2,3,4,5)曲線圖數控機床工作移動的尺寸填入下表：負向移動位置起點坐標P0P1P2P3P4P5位移尺寸（mm）激光測量尺寸（mm）誤差值（um）µm0 0 30 60 90 120 150（mm）根據五個測量點的誤差，計算平均誤差，輸入到數控機床參數的單向間隙補償中。（4）實際測量工作臺上給定點Pj沿Y運動軸反向的運動定位誤差（j=0,l,2,3,4,5)曲線圖數控機床工作移動的尺寸填入下表：正向移動位置起點坐標P0P1P2P3P4P5位移尺寸（mm）激光測量尺寸（mm）誤差值（um）µm0 0 30 60 90 1

8、20 150（mm）根據五個測量點的誤差，計算平均誤差，輸入到數控機床參數的反向間隙補償中。（5）實際測量主軸上給定點Pk沿Z運動軸單向的運動定位誤差(k=0,l,2,3,4,5)曲線圖數控機床工作移動的尺寸填入下表：負向移動位置起點坐標P0P1P2P3P4P5位移尺寸（mm）激光測量尺寸（mm）誤差值（um）µm0 0 30 60 90 120 150（mm）根據五個測量點的誤差，計算平均誤差，輸入到數控機床參數的單向間隙補償中。（6）實際測量主軸上給定點Pk沿Z運動軸反向的運動定位誤差(k=0,l,2,3,4,5)曲線圖數控機床工作移動的尺寸填入下表：正向移動位置起點坐標P0P1

9、P2P3P4P5位移尺寸（mm）激光測量尺寸（mm）誤差值（um）µm0 0 30 60 90 120 150（mm）根據五個測量點的誤差，計算平均誤差，輸入到數控機床參數的反向間隙補償中。雙頻激光干涉儀測量角度和角速度從幾何意義上來說，角度表征了從同一點出發的兩條直線的方向差別。角度的復現是建立在圓周角等于360°的基礎上的。激光測角的方法很多，按照測角范圍分類，可分為：小角度測量和全角測量;按照有無合作目標分類，可分為有靶鏡測量和無靶鏡測量;按照坐標特征可以分為：俯仰角、偏擺角、滾動角的測量。德國耶拿爾JENAer雙頻激光干涉儀通過不同的光學鏡組件，可對機床的俯仰角、偏

10、擺角和滾動角進行測量。以下為垂直度(直角)測量的原理：許多機械系統，如機床、測量機等都采用直角坐標系統。在理想情況下X、Y、Z三個坐標軸相互垂直。如果他們不垂直就會影響空間坐標的精度。因此，垂直度的測量已引起廣泛的重視。測量垂直度的方法基于直線度測量，以直角方塊為基準，測量兩個待測導軌的直線度，可以計算出兩個導軌的垂直度。這種測量方法的核心思想是以雙面反射鏡的角平分線為直線基準(簡稱準直基線)。測量垂直度時，首先將準直基線調整到和待測的一個方向平行，后來的任何調節都不得變動雙面反射鏡。因此，準直基線就平行于一個待測方向。這時用直角標準塊和反射棱鏡把光束轉90°，用空心四面體聯系入射光

11、和出射光。沃拉斯頓棱鏡放在出射側，光束從雙面反射鏡返回、合光，進入激光器計數。四面體和沃拉斯頓棱鏡在跟隨另外一個運動方向運動的過程中所顯示的直線度誤差就是垂直度誤差，誤差值除以移動距離就是角度值。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

12、。 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、&#

13、160; 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-cos，對于較小的，余弦誤差近似于2/2。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