一 : 激光干涉仪原理介绍
apply innovation
激光干涉仪原理介绍
7/13/2013 Slide 1
apply innovation
基本概念 – 激光干涉仪
? 什么是激光干涉仪: 利用激光作为长度基准,对数控设备(加工中心、三 座标测量机等)的位置精度(定位精度、重复定位 精度等)、几何精度(俯仰扭摆角度、直线度、垂 直度等)进行精密测量的精密测量仪器。
7/13/2013 Slide 2
apply innovation
基本概念—机床精度的21项误差
For Linear measurement (3): xdx ydy zdz
For Angular measurement (9):
Ax Bx Cx Ay By Cy Az Bz Cz
For Straightness measurement (6): xdy xdz ydx ydz zdx zdy
For Squareness measurement (3) XZ, XY, YZ
7/13/2013 Slide 3
apply innovation
基本概念 – 激光及其特点
– 激光输出可视为一束正弦波.雷尼绍XL-80所用的激光的波长是633nm.
Wavelength
– 激光具有三个重要特性:
?激光波长非常稳定,可以精密测量测量的要求。 ?激光波长非常短,可以用于高精度测量。 ?激光具有干涉特性。
7/13/2013 Slide 4
apply innovation
基本概念 – 激光的产生
7/13/2013 Slide 5
apply innovation
基本概念— 激光的干涉特性
+ + =
+ =
相长干涉
如果两束光相位相同,光波会叠加增强,表 现为亮条纹。
相消干涉
如果相位相反,则光波会相互抵消,表现为 暗条纹。
7/13/2013 Slide 6
apply innovation
线性测量原理
安装方式:
7/13/2013 Slide 7
apply innovation
线性测量光路图
固定反射镜和分光 镜 移动反射镜
7/13/2013 Slide 8
apply innovation
线性测量原理
B (固定反射镜)
– 激光头
C (移动反射镜)
输出光 反射光
A (分光镜)
测量光
汇合光
– 从激光头发出的激光被分光镜(A)分为2束光。 – 一束光经过固定的反射镜形成参考光. – 另一束激光经过移动的反射镜 (C) 形成测量光.
7/13/2013 Slide 9
–反射光和测量光经过分光镜后汇合,并且彼此干涉.
apply innovation
线性测量原理
参考光:固定不动
测量光:随着反射镜的移动而移动
移动反射 镜
相长干涉
如果两束光相位相同,则光波会叠加增强, 表现为亮条纹。
7/13/2013 Slide 10
相消干涉
如果相位相反,则光波会相互抵消,表现 为暗条纹。
apply innovation
线性测量原理
激光干涉仪通过接收到的激光的明暗条 纹变化,再通过电子细分,从而知道距 离的细微和准确变化。
+ + =
7/13/2013 Slide 11
+ =
apply innovation
线性测量
7/13/2013 Slide 12
apply innovation
激光干涉仪测量与国际标准
?
? ? ? ?
ISO 230-2 (1997)ASME B5.54 BS 3800 JIS B6330 GB 10931-89 -
International
U.S.A. U.K. Japan China
?
?
VDI 3441
E60-099
-
Germany
France
7/13/2013 Slide 13
apply innovation
角度测量
安装方式
7/13/2013 Slide 14
apply innovation
角度测量
固定干涉镜
7/13/2013 Slide 15
移动反射
镜
apply innovation
角度测量
激光头
固定干涉镜
7/13/2013 Slide 16
移动反射镜
apply innovation
角度测量
7/13/2013 Slide 17
apply innovation
直线度测量
7/13/2013 Slide 18
apply innovation
直线度测量
7/13/2013 Slide 19
apply innovation
直线度测量
Wollaston 棱镜
光线 1
?
光线 2
激光头
直线度反射镜
7/13/2013 Slide 20
apply innovation
直线度测量
Wollaston 棱镜
光线 1
(加长)
?
光线 2
(缩短)
激光头
直线度反射镜
移动方向
7/13/2013 Slide 21
apply innovation
直线度测量
? The easiest way to understand how the system detects straightness deviations is to imagine what happens to the relative path lengths of Beam 1 and Beam 2 if the straightness reflector moves sideways ? As the reflector is moved upwards, Beam path 1 gets longer and Beam path 2 gets shorter ? This change in the relative path lengths causes a change in the interference signal intensity as the interference cycles between constructive and destructive interference. ? The detection unit detects these changes and converts them to a reading that is proportional to the change in relative path length. ? This is then multiplied by the appropriate factor to give the amount of sideways motion of the reflector.
Straightness reading ?
Change in path length 2 x Sin ( ? / 2 )
7/13/2013 Slide 22
apply innovation
垂直度测量
7/13/2013 Slide 23
apply innovation
垂直度测量
? 分别测量2个轴的直线度,然后将两者进行运算,得出垂直度
Step 1:
Step 2:
7/13/2013 Slide 24
apply innovation
平面度测量
7/13/2013 Slide 25
apply innovation
平面度测量
平面度测量方法
-网格法
测量原理
对角线法
7/13/2013 Slide 26
apply innovation
回转轴测量 - RX10
Range Accuracy
Unlimited ± 1 arc sec
Resolution
0.2 arc sec 30rpm (step <10deg) 2rpm (step >10deg) Operating temperature: 0 to 40 degC
Max velocity
7/13/2013 Slide 27
Remark
apply innovation
回转轴测量 - RX10
7/13/2013 Slide 28
apply innovation
为什麼需要补偿?
? 激光波长是高测量精度的基础。
? 然而…..激光的波长会受到空气折射率的影响。 ? 空气折射率又受到大气压、温度和湿度的影响。
? 虽然空气折射率对激光波长的影响不大,但是在高精度测量的情况 下,补偿是非常必要的。
7/13/2013 Slide 29
apply innovation
环境补偿单元
? Renishaw XC80环境
空气压力 Accuracy: ± 1.0 mbar 湿度 Accuracy: ± 6%
补偿单元的高性能可以 保证在0-40度环境温度 范围内,和650-1150 mbar的环境大气压范 围内得到最高的测量精 度。
空气温度 Accuracy: ± 0.2 ° C
7/13/2013 Slide 30
材料温度 Accuracy: ± 0.1 ° C
apply innovation
环境补偿单元
? 监控4个参数: – 空气温度 – 空气压力 – 相对湿度 – 材料温度 > 波长补偿 /
Accuracy ppm 7 6 5 4 3 2 1 0
0 5 10
System Ac
curacy XL-80 System
Material expansion normalisation accuracy
- 材料补偿
Linear Measurement accuracy ± 0.5ppm
15
20
25
30
35
40
Environmental temperature (deg c)
7/13/2013 Slide 31
apply innovation
如果没有补偿会产生哪些误差?
20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Error source Altitude (100m) Air temperature (25° C) Air humidity (70%) Air pressure (970mbar*) Laser frequency (0.05ppm)
Error ppm
Uncompensated
Compensated
- 如下的变化会带来1ppm的变化: 空气温度 空气压力 相对湿度 (at 20 degree Celsius) 相对湿度 (at 40 degree Celsius)
7/13/2013 Slide 32
1 degree Celsius 3.3 mbar 50% 30%
apply innovation
材料温度补偿 ? ? 在没有温控的环境下,最大的一个误差来源于机床的膨胀和收缩。 标准长度的控制温度是 20o 所以需要一个修正,即: C, 热膨胀补偿,或标准化。
例如:
– 钢的热膨胀系数是 12ppm/ o C – 在 20 o C下,一支 1000 mm 的钢棒, 在28 o C下,其长度将是1000+1000x12x8x10-6 = 1000.096 mm. – 但是激光的读数 (热补偿后)将是 1000.000 mm
7/13/2013 Slide 33
apply innovation
材料的热膨胀系数
Material Application Expansion coefficient ppm/° F Iron/steel Machine structural elements, rack and pinion drives, ballscrews Aluminium alloy Lightweight CMM machine structures Glass Granite Concrete Invar Zerodur glass
7/13/2013 Slide 34
ppm/° C 11.7 22 8 8 11 <2 <0.2
6.5 12 4.5 4.5 6 <1 <0.1
Glass scale linear encoders Machine structures and tables Machine foundations Low expansion encoders/structures "Zero" expansion encoders/structures
apply innovation
交流与答疑。
7/13/2013 Slide 35
二 : 激光干涉仪:激光干涉仪-简介,激光干涉仪-基本原理
激光干涉仪,以激光波长为已知长度,利用迈克耳逊干涉系统测量位移的通用长度测量。广泛应用于精密长度、角度的测量如线纹尺、光栅、量块、精密丝杠的检测。
激光干涉仪_激光干涉仪 -简单介绍
激光干涉仪以激光波长为已知长度、利用迈克耳逊干涉系统(见激光测长技术)测量位移的通用长度测量工具。激光干涉仪有单频的和双频的2种。单频的是在20世纪60年代中期出现的,最初用于检定基准线纹尺,后又用于在计量室中精密测长。双频激光干涉仪是1970年出现的,它适宜在车间中使用。激光干涉仪在极接近标准状态(温度为20℃、大气压力为101325帕、相对湿度59%、C O2含量0.03%)下的测量精确度很高,可达1×10-7。激光干涉仪_激光干涉仪 -基本原理
激光干涉仪原理激光器的出现,使古老的干涉技术得到迅速发展,激光具有亮度高、方向性好、单色性及相干性好等特点,激光干涉测量技术已经比较成熟。激光干涉测量系统应用非常广泛:精密长度、角度的测量如线纹尺、光栅、量块、精密丝杠的检测;精密仪器中的定位检测系统如精密机械的控制、校正;大规模集成电路专用设备和检测仪器中的定位检测系统;微小尺寸的测量等。激光干涉仪_激光干涉仪 -类型
激光干涉仪类型1、单频激光干涉仪激光干涉仪_激光干涉仪 -产生
激光干涉仪产生二十年前,机床的最大定位误差为丝杆的螺距误差及丝杆的热膨胀误差。但现在上述的大部份误差已被大幅度降低,机床的主要误差转而变成垂直度误差和直线度误差。为了达到高的机床三维空间定位精度,机床上所有的三个位移误差、六个直线度误差和三个垂直度误差都必须得到测量与补偿。用传统的激光干涉仪来测量直线度和垂直度误差是较困难并费时费钱的。通常需要停机数日并要求有经验的行家来进行测量。激光干涉仪_激光干涉仪 -单频与双频激光干涉仪比较
激光干涉仪单频的激光器它的1个根本弱点就是受环境影响严重,在测试环境恶劣,测量距离较长时,这一缺点十分突出。其原因在于它是1种直流测量系统,必然具有直流光平和电平零漂的弊端。激光干涉仪可动反光镜移动时,光电接收器会输出信号,如果信号超过了计数器的触发电平则就会被记录下来,而如果激光束强度发生变化,就有可能使光电信号低于计数器的触发电平而使计数器停止计数,使激光器强度或干涉信号强度变化的主要原因是空气湍流,机床油雾,切削屑对光束的影响,结果光束发生偏移或波面扭曲。这种无规则的变化较难通过触发电平的自动调整来补偿,因而限制了单频干涉仪的应用范围,只有设法用交流测量系统代替直流测量系统才能从根本上克服单频激光干涉仪的这一弱点。激光干涉仪_激光干涉仪 -应用
激光干涉仪应用双频激光干涉仪的发明使激光干涉仪最终摆脱了计量室的束缚,更为广泛的应用于工业生产和科学研究中。激光干涉仪_激光干涉仪 -双频激光干涉仪
双频激光干涉仪随着20世纪60年代初激光的出现,几何量计量技术的发展步入了崭新的时期。双频激光干涉仪正是利用激光具有频率稳定、单色性好等优点,在几何量计量领域发挥着越来越重要的作用。双频激光干涉仪具有精度高、应用范围广、环境适应能力强、实时动态测速高等一系列无可比拟的优势,成为几何量计量活动的生力军。相比于激光干涉仪,现代双频激光干涉仪摆脱了计量室的束缚,在越来越广阔的工程测量领域大显身手。因此,双频激光干涉的发明对计量事业的发展乃至整个科学事业的发展有着举足轻重的作用。本文根据双频激光干涉仪应用领域的最新发展,对双频激光干涉仪的应用进行了简要的总结。三 : 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
激光干涉仪 激光干涉仪原理介绍
本文标题:双频激光干涉仪原理-激光干涉仪原理介绍61阅读| 精彩专题| 最新文章| 热门文章| 苏ICP备13036349号-1