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計量論壇

標題: 激光干涉儀你用對了嗎？ [打印本頁]

作者: 中圖儀器 時間: 2017-6-29 10:46
標題: 激光干涉儀你用對了嗎？
本帖最后由中圖儀器于 2017-6-29 10:50 編輯

激光干涉儀是精度最高的線性位移測量儀器，其光波可以直接對米進行定義，可溯源至國家標準。但是我們在使用中往往會出現(xiàn)檢測偏離值，偏離我們的預(yù)估，以至于在高精度檢測時，對設(shè)備產(chǎn)生懷疑。今天我們來扒一扒引起激光干涉儀測量誤差的部分原因。
1、阿貝誤差
因測量光學(xué)鏡組的安裝高度不在被測設(shè)備的運動軸上引起的測量誤差稱之為阿貝誤差。產(chǎn)生的原因是設(shè)備移動時存在俯仰、扭擺差，因此光學(xué)鏡組與運動軸偏置距離越遠，引起的阿貝誤差越大。

角度、偏置距離引起的誤差表（單位：um）

上表可得：角度1″在500mm偏置距離下引起的誤差大約是2.40um。
來個實際案例：以檢測機床時不同安裝高度為具體說明。
線性鏡組安裝距工作臺10cm：

線性鏡組安裝距工作臺30cm

線性鏡組安裝距工作臺50cm

實驗結(jié)果：按GB/T17421.2《機床檢驗通則》2000版分析標準得出結(jié)果，鏡組安裝高度偏離設(shè)備運動軸線越遠，檢測結(jié)果中重復(fù)精度以及定位精度就越差。

正確方式：設(shè)備校準時線性鏡組的安裝高度應(yīng)該盡量靠近被測軸，使激光光束與運動軸重合（或盡量靠近），減小阿貝誤差。
擴展：SJ6000激光干涉儀用戶在進行兩臺同類設(shè)備定位精度的對比時，應(yīng)該進行同軸比對，即共用線性鏡組，這樣才具有可比性。
2、環(huán)境因素
環(huán)境補償單元能準確采集空氣溫度、壓力、相對濕度信息，基于Edlen公式計算空氣折射率，以此對激光波長進行補償。

1000mm示值因環(huán)境溫度、壓力、空氣濕度各自變化引起的示值變化量（單位：um）

同時環(huán)境補償單元中材料溫度探頭能實時高精度測量被測設(shè)備溫度，對其進行溫度補償。但是往往因為操作人員將材料溫度探頭放置在錯誤的位置，致使采集的數(shù)據(jù)不能真實反映被測物體溫度狀態(tài)，從而增大測量誤差。

上圖為在測長機上架設(shè)激光干涉儀用于檢測量塊的實際案例。

設(shè)備安裝在樓層地下室，有良好的溫度風流控制，有效處理了環(huán)境的震動問題、氣流擾動問題。測量時因把材料溫度探頭以“錯誤方式”放置在擺放電腦的鐵架上，材料溫度探頭采集了非真實的被測物溫度信息，致使300mm量塊檢測數(shù)據(jù)超差。

把材料溫度探頭以“正確方式”放置在被測量塊周邊，并給予充分的恒溫時間，測量結(jié)果趨于中國計量院的校準值。

正確方式：在線性測量中，需要開啟環(huán)境補償單元，并正確設(shè)置補償材料的種類，放置材料溫度探頭的位置。在高精度的測量中，需要給予環(huán)境補償單元以及被測物充分的恒溫時間。
3、余弦誤差
激光束路徑與被測軸之間存在的任何未準直都會造成測得的距離和實際的運動距離之間有差異，此誤差被稱為余弦誤差。

當激光測量系統(tǒng)與運動軸未準直時，余弦誤差會使得測量的距離比實際距離要短。隨著未準直角度的增加，誤差也跟著顯著增加，如下表所示：

處理方法：若激光測量出現(xiàn)余弦誤差，則激光讀數(shù)將會小于原本應(yīng)有的數(shù)值。因此，通過“輕微”調(diào)整云臺的俯仰及偏轉(zhuǎn)旋鈕直到取得最大的激光讀數(shù)，將能消除軸上的余弦誤差。
4、死程誤差
死程誤差是在線性測量過程中與環(huán)境因素改變有關(guān)的誤差，在正常狀況下，死程誤差并不大，而且只會發(fā)生在定標后以及測量過程中的環(huán)境改變。

當測量時系統(tǒng)定標為L1，若干涉鏡及反射鏡之間沒有動作，且激光束四周的環(huán)境狀況有所改變，整個路徑(LI+L2)的波長（空氣中）都會改變，但激光測量系統(tǒng)只會對L2距離進行補償。因此，死程測量誤差會由于光束路徑L1沒有獲得補償而產(chǎn)生。
處理方法：在設(shè)定定標位置時，固定反射鏡和移動鏡組應(yīng)盡量彼此鄰接，以此減小死程誤差。
5、鏡組的安裝細節(jié)
? 將鏡組固定牢靠
為了最小化振動作用并加強測量穩(wěn)定性，鏡組應(yīng)牢靠固定到所需的測量點上；磁力表座應(yīng)直接吸住機床底座，避免吸裝在機床護罩或機床蓋等較薄弱的部分；確保吸裝的表面平坦且沒有雜質(zhì)。
6、正確使用精度

上圖是中國計量科學(xué)研究院檢測SJ6000激光干涉儀線性位移的數(shù)據(jù)，這表明SJ6000激光干涉儀在正確的安裝手段、正確的環(huán)境補償、穩(wěn)定的測量環(huán)境下即使70米距離都能滿足0.1Lum（L測量長度，單位：m）精度，遠遠超出設(shè)備的線性標稱精度0.5Lum（L測量長度，單位：m）。

作者: 計量小小菜鳥 時間: 2017-6-30 11:58
不錯，學(xué)習了！

作者: promiseme 時間: 2017-7-20 10:36
學(xué)習了～
干涉儀校準不是應(yīng)該校準波長和拍頻么

作者: 中圖儀器 時間: 2017-7-20 10:45

promiseme 發(fā)表于 2017-7-20 10:36
學(xué)習了～
干涉儀校準不是應(yīng)該校準波長和拍頻么

激光干涉儀校準項目有很多的，包括穩(wěn)頻精度、環(huán)境補償單元、線性、直線度等項目。

作者: feierlxlx 時間: 2017-8-10 10:51
支持國產(chǎn)！

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