激光干涉仪功能与应用.docx

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1、激光干涉仪功能与应用中图仪器 SJ6000激光干涉仪产品具有测量精度高、测量速度快、测量范围大、分辨力高等优点。通过与不同的光学组件结合，可以实现对线性、角度、平面度、直线度、垂直度、回转轴等参数的精密测量，并能对设备进行速度、加速度、频率-振幅、时间-位移等动态性能分析。 在相关软件的配合下，可自动生成误差补偿方案，为设备误差修正提供依据。 1 中图仪器 1. 静态测量 SJ6000激光干涉仪的系统具有模块化结构，可根据具体测量需求选择不同组件。 SJ6000基本线性测量配置： 图1-基本线性配置 SJ6000全套镜组： 2 中图仪器 图2-SJ6000全套镜组 镜组附件： 轻型线性附件 远

2、距离线性附件 可调转向镜 直线度附件 图3-SJ6000 镜组附件 镜组安装配件： 镜组安装件 测头夹具 垂直度安装三脚架 图4-SJ6000 镜组安装配件 3 中图仪器 1.1. 线性测量 1.1.1. 线性测量构建 要进行线性测量，需使用随附的两个外加螺丝将其中的一个线性反射镜安装在分光镜上，组装成“线性干涉镜”。线性干涉镜放置在激光头和线性反射镜之间的光路上，用它的反射光线形成激光光束的参考光路，另一束光入射到线性反射镜，通过线性反射镜的线性位移来实现线性测量。如下图所示。 图5-线性测量构建图 图6-水平轴线性测量样图 图7-垂直轴线性测量样图 1.1.2. 线性测量的应用 1.1.2

3、.1. 线性轴测量与分析 激光干涉仪可用于精密机床、三坐标的定位精度、重复定位精度、微量位移精度的测量。测量时在工作部件运动过程中自动采集并及时处理数据。 4 中图仪器 图8-激光干涉仪应用于机密机床校准 图9-激光干涉仪应用于三坐标机校准 SJ6000软件内置10项常用机床检验标准，自动采集完数据后根据所选标准自动计算出所需误差数据，可生成误差补偿表，为机床、三坐标的误差修正提供依据。 5 中图仪器 图8-数据采集界面 图9-数据处理界面 6 中图仪器 图10-数据分析曲线界面 1.1.2.2. 高精度传感器校准 利用激光干涉仪对位移传感器检定成为发展趋势，其特点是反应速度快、测量精度高。

4、图10-激光干涉仪应用于传感器校准 1.1.2.3. 实验室标准器 激光干涉仪是当今精度最高的测长仪器，因光波具有可以直接对米进行定义且容易溯源的特点，因此国家实验室多用激光干涉仪做实验室标准器进行量值传递。 7 中图仪器 图11-激光干涉仪应用于实验室 1.1.2.4. 轻型线性附件的应用 对于光学镜重量或尺寸可能影响机器动态性能或光学镜安装遇到困难的应用场合，中图仪器提供的轻型线性附件，其小角锥反射镜重量在8g以内，可直接吸附在测量设备上，以此降低镜组附件重量对机器测量的影响。详见下图： 图12-轻型线性附件 8 中图仪器 图13-轻型线性附件应用于测长机实例 图14-轻型线性附件应用于螺

5、纹机测量实例 1.1.2.5. 可调转向镜的使用 可调转向镜可以把水平光线倾斜20以上的角度，用于倾斜机床、三坐标机的测量。 图15倾斜机床的定位精度检测 1.1.2.6. 测头夹具的使用 9 中图仪器 测头夹具能固定在32mm的三坐标探头上，方便固定线性反射镜。 1.2. 角度测量 1.2.1. 角度测量构建 与线性测量原理一样，角度测量需要角度干涉镜和角度反射镜，测试时角度反射镜和角度干涉镜必须有一个相对旋转，相对旋转后两束光的光程差就会发生变化，而光程差的变化会被SJ6000激光干涉仪探测器探测出来，由软件将线性位置的变化转换为角度的变化显示出来。 图16-角度测量原理及测量构建 图17

6、水平轴俯仰角度测量样图图18-2水平轴偏摆角度测量样图 1.2.2. 角度测量的应用 1.2.2.1. 小角度精密测量 10 中图仪器 激光干涉仪角度镜能实现10以内的角度精密测量。 图19-小角度测量实例 1.2.2.2. 准直平台/倾斜工作台的测量 由于角度镜组的不同安装方式，其测量结果代表不同方向的角度值。您可以结合实际需要进行安装、测量。 图20-水平方向角度测量 11 中图仪器 图21-垂直方向角度测量 在垂直方向的角度测量中，角度反射镜记录下导轨在不同位置时的角度值，可由软件分析出导轨的直线度信息，实现角度镜组测量直线度功能。 1.3. 直线度测量 1.3.1. 直线度测量构建 S

7、J6000激光头射出后的激光由直线度干涉镜以一定的小角度分为两束，并入射到直线度反射镜中。经直线度反射镜反射后，沿着新光路返回到直线度干涉镜中，经直线度干涉镜合束后返回激光头的进光口，当直线度干涉镜偏离光线，则两光束产生光束差，由激光干涉仪探测器探测出来，由软件计算显示出来。 12 中图仪器 图22-直线度测量原理 在直线度测量过程中，一般尽可能的采用直线度干涉镜相对于直线度反射的运动，这样操作有利于提高测量的准确性和精度。 图23-直线度测量构建 1.3.2. 直线度干涉镜的连接 SJ6000直线度干涉镜提供两种连接方式。除通过夹紧块连接外，还可以通过直线度附件中的M8连接头连接。 图24直

8、线度附件-M8连接头以及应用 1.3.3. 直线度测量应用 13 中图仪器 由于导轨磨损、事故造成的导轨损坏以及地基不牢导致的导轨弯曲等，会对机器的定位、加工精度带来直接的影响。直线度测量可以显示出机器导轨的弯曲的情况，并可由生成的直线度误差对机器的性能做出评价和补偿。 直线度测量可以对水平面和垂直面进行测量，这取决于直线度干涉镜和反射镜安装的方法。 1.3.3.1. 机器轴、直线导轨测量 当需要测量导轨较长时，传统的直接测量方法无法提供这样的测量长度和精度。 测量建议将质量较轻的直线度干涉镜作为移动部件，因为较重的反射镜的移动可能会对测量的准确性产生影响。 图25-直线导轨左右方向直线度测量

9、 图26-直线导轨上下方向直线度测量 1.3.3.2. 机床工作台直线度测量 测量时，直线度反射镜固定，直线度干涉镜安装在移动的工作台上，通过直线度干涉镜的移就可以测量工作台的直线度。 14 中图仪器 图27-机床平台左右方向直线度测量 图28-机床平台上下方向直线度测量 15 中图仪器 图29-小型工作台直线度测量 1.4. 垂直度测量 1.4.1. 垂直度测量构建 垂直度的测量是直线度测量在二维方向上的延伸，进行垂直度测量就是在同一基准上对两个标称正交轴分别进行直线度的测量。然后对两个轴的直线度进行比较，得出两个轴的垂直度。 共同的参考基准通常指的是两次测量时反射镜的光学准直轴，在两次测量

10、过程中既不移动、也不调整，光学直角尺用于至少一次测量中，允许调整激光束与直线度的准直，而不动直线度反射镜。 垂直度误差 = 棱镜误差 - 16 中图仪器 图30-垂直图测量构建 1.4.2. 垂直度测量应用 1.4.2.1. 机器轴垂直度误差测量(数控机床、坐标测量机等) 垂直度测量通过比较直线度值从而确定两个标称正交坐标轴的垂直度。垂直度误差可能是导轨磨损、机器地基差或双驱动机器上的两原点传感器未准直造成的。垂直度误差将对机器的定位精度及插补能力产生直接影响。 一般情况下对于超过1.5米长的机器轴，使用激光干涉仪这样的光学方法是唯一的选择，因为传统的实物基准，如直角尺(金属或大理石等) 的长

11、度一般局限于1米的范围内。 1.4.2.2. X,Y轴垂直度对准 X,Y工作台和水平面垂直度测量：不管是什么类型的XY平台，包括龙门型或者混合型或者其他类型的XY平台，无论是大型或者小型平台，重要的是有一个共同的参考基准，如图31所示的直线度反射镜，测量过程中直线度反射始终镜保持不动。 17 中图仪器 图31-机床垂直度测量 1.4.2.3. 带Z轴的垂直度测量 对于涉及带Z轴的垂直度测量，需要额外的增加直线度的附件，主要包括一个大角锥反射镜、一个垂直转向镜、一个直线度底座。 图32-直线度附件-大角锥反射镜、垂直转向镜、直线度底座 18 中图仪器 图33-机床垂直度测量 1.5. 平面度测量

12、 1.5.1. 平面度测量原理 平面测量是在角度测量的基础上做的延伸，利用角度测量的附件记录下一系列平面位置角度，再转化为高度的变化。一般按照对角线的方法测量出平台上不同位置的高度变化值，提供软件计算得到整个平台的平面度。 图34-平面度测量原理 19 中图仪器 图35-平面度测量分析 1.5.2. 平面度应用及方法 测量一个平面的平面度，需要在平面上采集若干条测量直线，平面度测量有常用的方法为：对角线法，又称米字法 图36-平面度测量方法 对角线法测量平面度时，若激光头位于G点出，光线射向E点时，建议按照EA、CA、DH、EG、AG、BF、CE、GC的次序进行测量。 图37-大理石平台平面度

13、测量实例 20 中图仪器 1.6. 回转轴测量 利用高精密转台与角度测量镜组中的角度干涉镜，即可对回转轴进行任意角度测量和校准。高精密转台小巧轻便、单手可握，可多种方式安装在被测机床上；高精密转台内置准直角度反射镜，提高操作效率；使用时采用锂电池供电、无线蓝牙传输数据，避免了绕线、线拖拽。 图38-高精密转台 高度：165mm 直径：125mm 角度测量范围：(0-360) 测量精度：1角秒 最高转速：10rpm 21 中图仪器 图39-高精密转台应用 回转轴校准原理： 1、 将转台定位在被测轴上并调整激光系统的准直。 2、 在轴的起始位置将激光装置置零，在计算机上开始采集数据并运行数控程序。

14、 3、 完成越程后，轴到达起始目标位置，记录激光读数。 4、 被测轴以5步距移至第二个目标，转台内置的反射镜反向旋转5。 5、 系统结合激光干涉仪与转台的读数，记录被测轴在5的位置误差。 6、 通过使回转轴依次到达一系列测量点，可测量并绘出轴的总体误差图。 22 中图仪器 2. 动态测量 动态测量包含基于时间的动态测量和基于距离的动态测量。其中通过基于时间或位移的两种方式采集到大量的数据，对这些数据进行动态分析和FFT分析。 其中动态测量与分析包括：位移时间曲线、速度时间曲线、加速度时间曲线、振幅与频率。 软件可与线性、角度或直线度光学镜组配合使用，用于线性振动、角度振动、动态直线度等切削或切

15、割应用场合。可以“实时”监控数据，并可保存最终结果用动态分析软件进行进一步分析。 2.1. 基于时间的动态测量 基于时间的采集使动态软件能够提供相对位移数据，动态软件通常在用户设定的时间范围内采集并保存这些数据。 2.1.1. 机器位置控制 l 运动控制器PID参数设置。 l 高速运动后机器的稳定性和稳定所需时间。 l 用于高性能运动控制的微小步幅(亚微米) 运动测试。 2.1.2. 振动监视 l 扫描应用：用于定位精度不重要、但恒速对实现高质量成像非常关键的场合。 l 机床应用：典型应用包括要求刀具慢速、平稳轮廓运动的高质量表面精加工。 2.1.3. 振动分析 l 分析被测对象的振动频率 l 通过快速傅立叶变换 (FFT) 分离振动频率 2.2. 基于距离的动态测量 运动轴在不停顿的情况下以用户指定的间隔采集数据。 23 中图仪器 2.3. 动态测量分析 测量软件主界面： 图40-测量软件主界面 测量完成实现多种结果分析 图41-目标位置的过冲和稳定时间分析 可以用于分析机器位置控制特性，测试，优化机器稳定所需时间 24 中图仪器 图42-振动分析 振动分析用于分析被测对象的振动频率，通过快速傅立叶变换(FFT)分离振动频率 图43-速度分析 25 中图仪器 图44-加速度分析 26