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激光具有高強(qiáng)度、高度方向性、空間同調(diào)性、窄帶寬和高度單色性等優(yōu)點(diǎn)。目前常用來(lái)測(cè)量長(zhǎng)度的干涉儀,主要是以邁克爾遜干涉儀為主,并以穩(wěn)頻氦氖激光為光源,構(gòu)成一個(gè)具有干涉作用的測(cè)量系統(tǒng)。激光干涉儀可配合各種折射鏡、反射鏡等來(lái)作線性位置、速度、角度、真平度、真直度、平行度和垂直度等測(cè)量工作,并可作為精密工具機(jī)或測(cè)量?jī)x器的校正工作。

英文名稱(chēng)：laser interferometer（激光干涉儀）

激光干涉儀有單頻的和雙頻的兩種。

單頻激光干涉儀

從激光器發(fā)出的光束,經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直后由分光鏡分為兩路,并分別從固定反射鏡和可動(dòng)反射鏡反射回來(lái)會(huì)合在分光鏡上而產(chǎn)生干涉條紋。當(dāng)可動(dòng)反射鏡移動(dòng)時(shí),干涉條紋的光強(qiáng)變化由接受器中的光電轉(zhuǎn)換元件和電子線路等轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào),經(jīng)整形、放大后輸入可逆計(jì)數(shù)器計(jì)算出總脈沖數(shù),再由電子計(jì)算機(jī)按計(jì)算式[356-11]式中λ為 激光波長(zhǎng)(N 為電脈沖總數(shù)),算出可動(dòng)反射鏡的位移量L。使用單頻激光干涉儀時(shí),要求周?chē)�大氣處于穩(wěn)定狀態(tài),各種空氣湍流都會(huì)引起直流電平變化而影響測(cè)量結(jié)果。

雙頻激光干涉儀

激光干涉儀在氦氖激光器上,加上一個(gè)約0.03特斯拉的軸向磁場(chǎng)。由于塞曼分裂效應(yīng)和頻率牽引效應(yīng), 激光器產(chǎn)生1和2兩個(gè)不同頻率的左旋和右旋圓偏振光。經(jīng)1/4波片后成為兩個(gè)互相垂直的線偏振光,再經(jīng)分光鏡分為兩路。一路經(jīng)偏振片1后成為含有頻率為f1-f2的參考光束。另一路經(jīng)偏振分光鏡后又分為兩路：一路成為僅含有f1的光束,另一路成為僅含有f2的光束。當(dāng)可動(dòng)反射鏡移動(dòng)時(shí),含有f2的光束經(jīng)可動(dòng)反射鏡反射后成為含有f2 ±Δf的光束,Δf是可動(dòng)反射鏡移動(dòng)時(shí)因多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的附加頻率,正負(fù)號(hào)表示移動(dòng)方向(多普勒效應(yīng)是奧地利人C.J.多普勒提出的,即波的頻率在波源或接受器運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生變化)。這路光束和由固定反射鏡反射回來(lái)僅含有f1的光的光束經(jīng)偏振片2后會(huì)合成為f1-(f2±Δf）的測(cè)量光束。測(cè)量光束和上述參考光束經(jīng)各自的光電轉(zhuǎn)換元件、放大器、整形器后進(jìn)入減法器相減,輸出成為僅含有±Δf的電脈沖信號(hào)。經(jīng)可逆計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)后,由電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行當(dāng)量換算（乘 1/2激光波長(zhǎng)）后即可得出可動(dòng)反射鏡的位移量。雙頻激光干涉儀是應(yīng)用頻率變化來(lái)測(cè)量位移的,這種位移信息載于f1和f2的頻差上,對(duì)由光強(qiáng)變化引起的直流電平變化不敏感,所以抗干擾能力強(qiáng)。它常用于檢定測(cè)長(zhǎng)機(jī)、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、光刻機(jī)和加工中心等的坐標(biāo)精度,也可用作測(cè)長(zhǎng)機(jī)、高精度三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等的測(cè)量系統(tǒng)。利用相應(yīng)附件,還可進(jìn)行高精度直線度測(cè)量、平面度測(cè)量和小角度測(cè)量。

長(zhǎng)度測(cè)量

在雙光束干涉儀中,若介質(zhì)折射率均勻且保持恒定,則干涉條紋的移動(dòng)是由兩相干光幾何路程之差發(fā)生變化所造成,根據(jù)條紋的移動(dòng)數(shù)可進(jìn)行長(zhǎng)度的精確比較或絕對(duì)測(cè)量。邁克耳孫干涉儀和法布里-珀羅干涉儀曾被用來(lái)以鎘紅譜線的波長(zhǎng)表示國(guó)際米。

折射率測(cè)定

兩光束的幾何路程保持不變,介質(zhì)折射率變化也可導(dǎo)致光程差的改變,從而引起條紋移動(dòng)。瑞利干涉儀就是通過(guò)條紋移動(dòng)來(lái)對(duì)折射率進(jìn)行相對(duì)測(cè)量的典型干涉儀。應(yīng)用于風(fēng)洞的馬赫-秦特干涉儀被用來(lái)對(duì)氣流折射率的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察。

波長(zhǎng)的測(cè)量

任何一個(gè)以波長(zhǎng)為單位測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)米尺的方法也就是以標(biāo)準(zhǔn)米尺為單位來(lái)測(cè)量波長(zhǎng)的方法。以國(guó)際米為標(biāo)準(zhǔn),利用干涉儀可精確測(cè)定光波波長(zhǎng)。法布里-珀羅干涉儀（標(biāo)準(zhǔn)具）曾被用來(lái)確定波長(zhǎng)的初級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（鎘紅譜線波長(zhǎng)）和幾個(gè)次級(jí)波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn),從而通過(guò)比較法確定其他光譜線的波長(zhǎng)。

檢驗(yàn)光學(xué)元件

泰曼干涉儀被普遍用來(lái)檢驗(yàn)平板、棱鏡和透鏡等光學(xué)元件的質(zhì)量。在泰曼干涉儀的一個(gè)光路中放置待檢查的平板或棱鏡,平板或棱鏡的折射率或幾何尺寸的任何不均勻性必將反映到干涉圖樣上。若在光路中放置透鏡,可根據(jù)干涉圖樣了解由透鏡造成的波面畸變,從而評(píng)估透鏡的波像差。

其他

用作高分辨率光譜儀。法布里-珀羅干涉儀等多光束干涉儀具有很尖銳的干涉極大,因而有極高的光譜分辨率,常用作光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)和超精細(xì)結(jié)構(gòu)分析。

歷史上的作用。19世紀(jì)的波動(dòng)論者認(rèn)為光波或電磁波必須在彈性介質(zhì)中才得以傳播,這種假想的彈性介質(zhì)稱(chēng)為以太。人們做了一系列實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證以太的存在并探求其屬性。以干涉原理為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)最為精確,其中最有名的是菲佐實(shí)驗(yàn)和邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)。1851年,A.H.L.菲佐用特別設(shè)計(jì)的干涉儀做了關(guān)于運(yùn)動(dòng)介質(zhì)中的光速的實(shí)驗(yàn),以驗(yàn)明運(yùn)動(dòng)介質(zhì)是否曳引以太。1887年,A.A.邁克耳孫和E.W.莫雷合作利用邁克耳孫干涉儀試圖檢測(cè)地球相對(duì)絕對(duì)靜止的以太的運(yùn)動(dòng)。對(duì)以太的研究為A.愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論提供了佐證。

原 因：

1、分光板膜層面反向。

2、兩組出射光瞳錯(cuò)位。

3、分光板、補(bǔ)償板、移動(dòng)鏡及參考鏡有壓應(yīng)力。

檢修方法：分光板膜層應(yīng)是入射光的第二面,如裝在第一面,則調(diào)出的等傾干圓涉環(huán)是直的橢圓形干涉環(huán),可旋松分光板的三只寬頭螺釘,取出分光 板,反過(guò)180°重新裝入金屬框內(nèi),把三只寬頭螺釘旋到原來(lái)的壓緊力。分光板調(diào)整請(qǐng)參考故障檢修方法。分光板,補(bǔ)償板的寬頭螺釘,移動(dòng)鏡及參考鏡的調(diào)節(jié)滾花螺釘壓緊 力過(guò)大,使各鏡片逐步變形產(chǎn)生等傾干涉圓環(huán)不規(guī)則,適當(dāng)放松過(guò)緊的 螺釘即可消除。

二、讀數(shù)空位大于 0.03mm

原 因：

1、傳動(dòng)螺母和絲桿的配合間隙大。

2、拖板體下面的頂塊間隙偏大。

3、檔板與導(dǎo)軌配合過(guò)松。

檢修方法：可先調(diào)整頂塊間隙,拖板體在工作狀態(tài)下旋松頂塊螺釘,左手大拇 指將拖板體向讀數(shù)頭方向輕推,中指壓緊頂塊,然后固緊頂塊螺釘。如果仍未達(dá)到要求,調(diào)整檔板與導(dǎo)軌的間隙達(dá) 0.02mm,再調(diào)節(jié)傳動(dòng)螺母上 的兩只螺釘（老產(chǎn)品有四只）。

三、 轉(zhuǎn)動(dòng)粗動(dòng)手輪時(shí)拖板不走。

原 因：

1、儀器受強(qiáng)烈沖擊后,絲桿向尾架方向脫出,造成讀數(shù)頭嚙合齒輪錯(cuò)位。

2、 傳動(dòng)小齒輪固緊螺母松動(dòng), 造成傳動(dòng)小齒輪與絲桿打滑。

3、大齒輪及粗動(dòng)手輪的壓緊螺母松動(dòng)。

檢修方法：首先檢查粗動(dòng)手輪壓緊螺母,然后檢查精密絲桿是否向尾架方向脫出,如已脫出,可松動(dòng)尾架三只螺釘,一面將絲桿推向讀數(shù)頭,一面慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)粗動(dòng)手輪,最后旋緊尾架三只螺釘,如果是小齒輪固緊螺母和大齒輪固緊螺母松動(dòng),先拆去傳動(dòng)盒蓋,再拆下門(mén)字架,固緊螺母,重新依次裝配即可。

四、轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)手輪時(shí)拖板不走。

原 因：

1、傳動(dòng)小齒輪壓緊螺母松,使盆形彈簧片無(wú)壓緊力,造成 蝸輪空轉(zhuǎn)。

2、粗微動(dòng)有脫開(kāi)機(jī)構(gòu)的干涉儀,蝸桿壓緊彈簧片失靈。

3、微動(dòng)手輪壓緊螺母松。

檢修方法：先檢查微動(dòng)手輪的壓緊螺母。然后打開(kāi)傳動(dòng)盒蓋,取下門(mén)字架,旋緊傳動(dòng)小齒輪壓緊螺母,使盆形彈簧片壓緊蝸輪,此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)蝸輪應(yīng)帶動(dòng)精密絲桿,依次裝好拆下的另件。 如果是脫開(kāi)機(jī)構(gòu),應(yīng)檢查蝸桿拖板是否已被壓死。如被壓死,可拆 下左右壓塊,清洗、上油（7101 油脂）重新裝配即可,如蝸桿拖板較松,說(shuō)明蝸桿拖板的彈簧壓力減小,1、可拆下彈簧改小 R 增加彈性。2、調(diào)換彈簧片。

五、轉(zhuǎn)動(dòng)粗動(dòng)手輪時(shí),等傾干涉環(huán)從中心向外漂移。

原 因：入射的光源不垂直于移動(dòng)鏡。

檢修方法：此種現(xiàn)象,并非儀器故障,主要是入射的光源不垂直于移動(dòng)鏡,因多數(shù)易誤解為導(dǎo)軌直線性不好所致,故亦在此說(shuō)明。首先調(diào)整干涉儀三只底腳調(diào)平螺釘,使儀器基本按放水平,然后調(diào)整光源,使擴(kuò)束激光充滿(mǎn)固定鏡,將移動(dòng)鏡調(diào)至零光程附近,轉(zhuǎn)動(dòng)粗動(dòng)手輪調(diào)等傾直條紋,說(shuō)明擴(kuò)束激光基本垂直于移動(dòng)鏡,此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)粗動(dòng)手輪出現(xiàn)的干涉圓環(huán)就不 會(huì)漂移。

六、白光干涉條紋不對(duì)稱(chēng)。

原 因：

1、受運(yùn)輸沖擊或使用過(guò)程中碰過(guò)分光板和補(bǔ)償板兩板平行 度已被破壞。

檢修方法：調(diào)整分光板與補(bǔ)償板的平行性,在沒(méi)有自準(zhǔn)直儀時(shí),可通過(guò)兩板同時(shí)觀察室內(nèi)目標(biāo)物。如日光燈,調(diào)節(jié)兩板上的寬頭螺釘,使雙象基本重合,這時(shí)調(diào)出的白光彩色條紋可達(dá)到基本對(duì)稱(chēng),如仍有不對(duì)稱(chēng)現(xiàn)象,可調(diào)節(jié)補(bǔ)償板的三只寬頭螺釘達(dá)到完全對(duì)稱(chēng)。

七、 波長(zhǎng)測(cè)定值偏長(zhǎng)。

原 因：

1、拖板體測(cè)面彈簧片壓力太緊。

2、檔板與導(dǎo)軌配合過(guò)緊。

3、導(dǎo)軌面潤(rùn)滑油脂太厚。

4、蝸輪稍有打滑。

5、絲桿尾架壓緊力偏小。

檢修方法：先檢查拖板體測(cè)面的彈簧片是否太緊,如太緊可將彈簧變形減少壓力的辦法解決。第二取下拖板體,檢查開(kāi)合螺母上的檔板與導(dǎo)軌面的配合是否過(guò)緊,如過(guò)緊可調(diào)整檔板,旋松兩只螺釘,提高檔板與導(dǎo)軌接觸 處墊入 0.02mm 厚的錫片,放下檔板,固緊螺釘,拿掉錫片。第三導(dǎo)軌如加上厚的油脂,會(huì)使拖板增加阻尼或厚的油脂上帶有雜質(zhì),會(huì)使拖板不 按導(dǎo)軌直線移動(dòng)。應(yīng)清洗后重新上油。第四檢查尾架內(nèi)的彈簧,如壓緊 力偏小,可把滾花螺套旋出,將彈簧拉長(zhǎng)即可。如遇蝸輪稍有打滑,檢修時(shí)必須小心拆裝,先拆下傳動(dòng)盒蓋,拆下門(mén)字架,取下小鋼球,旋下小齒輪壓緊螺母,用專(zhuān)用夾具取下讀數(shù)盤(pán), 平面軸承,盆形彈簧片、蝸輪等。在汽油中清洗、烘干,重新涂硬性潤(rùn)滑油脂（杭光 3#或 7107 油脂）,重新裝配時(shí)可在平面軸承與讀數(shù)盤(pán)之間 加 0.2mm 的金屬墊片,手感磨擦力有所增加后,依次重新裝配,再進(jìn)行測(cè)量檢查。

2、光學(xué)零件不用時(shí),應(yīng)存放在清潔的干燥盆內(nèi),以防止發(fā)霉。反光鏡、分光鏡一般不允許擦拭,必要擦拭時(shí),須先用備件毛刷小心撣去灰塵,再用脫脂清潔棉花球滴上酒精和乙醚混合液輕拭。

3、傳動(dòng)部件應(yīng)有良好的潤(rùn)滑。特別是導(dǎo)軌、絲桿、螺母與軸孔部分,應(yīng)用T5精密儀表油潤(rùn)滑。

4、使用時(shí),各調(diào)整部位用力要適當(dāng),不要強(qiáng)旋、硬扳。

5、導(dǎo)軌面絲桿應(yīng)防止劃傷、銹蝕,用畢后,仍保持不失油狀態(tài)。

6、經(jīng)過(guò)精密調(diào)整的儀器部件上的螺絲,都涂有紅漆,不要擅自轉(zhuǎn)動(dòng)。

2、位置精度的檢測(cè)及其自動(dòng)補(bǔ)償 可檢測(cè)數(shù)控機(jī)床定位精度、重復(fù)定位精度、微量位移精度等。利用雷尼紹ML10激光干涉儀不僅能自動(dòng)測(cè)量機(jī)器的誤差,而且還能通過(guò)RS232接口自動(dòng)對(duì)其線性誤差進(jìn)行補(bǔ)償,比通常的補(bǔ)償方法節(jié)省了大量時(shí)間,并且避免了手工計(jì)算和手動(dòng)數(shù)控鍵入而引起的操作者誤差,同時(shí)可最大限度地選用被測(cè)軸上的補(bǔ)償點(diǎn)數(shù),使機(jī)床達(dá)到最佳精度,另外操作者無(wú)需具有機(jī)床參數(shù)及補(bǔ)償方法的知識(shí)。

目前,可供選擇的補(bǔ)償軟件有Fanuc,Siemens 800系列,UNM,Mazak,Mitsubishi,Cincinnati Acramatic,Heidenhain, Bosch, Allen-Bradley。

3、數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)分度精度的檢測(cè)及其自動(dòng)補(bǔ)償 現(xiàn)在,利用ML10激光干涉儀加上RX10轉(zhuǎn)臺(tái)基準(zhǔn)還能進(jìn)行回轉(zhuǎn)軸的自動(dòng)測(cè)量。它可對(duì)任意角度位置,以任意角度間隔進(jìn)行全自動(dòng)測(cè)量,其精度達(dá)±1。新的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)已推薦使用該項(xiàng)新技術(shù)。它比傳統(tǒng)用自準(zhǔn)直儀和多面體的方法不僅節(jié)約了大量的測(cè)量時(shí)間,而且還得到完整的回轉(zhuǎn)軸精度曲線,知曉其精度的每一細(xì)節(jié),并給出按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)處理的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

4、雙軸定位精度的檢測(cè)及其自動(dòng)補(bǔ)償 雷尼紹雙激光干涉儀系統(tǒng)可同步測(cè)量大型龍門(mén)移動(dòng)式數(shù)控機(jī)床,由雙伺服驅(qū)動(dòng)某一軸向運(yùn)動(dòng)的定位精度,而且還能通過(guò)RS232接口,自動(dòng)對(duì)兩軸線性誤差分別進(jìn)行補(bǔ)償。

5、數(shù)控機(jī)床動(dòng)態(tài)性能檢測(cè) 利用RENISHAW動(dòng)態(tài)特性測(cè)量與評(píng)估軟件,可用激光干涉儀進(jìn)行機(jī)床振動(dòng)測(cè)試與分析（FFT）,滾珠絲杠的動(dòng)態(tài)特性分析,伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)特性分析,導(dǎo)軌的動(dòng)態(tài)特性（低速爬行）分析等。

1、線性：0.5ppm .

2、測(cè)量范圍：40米（1D可選80米）

3、線性分辨力：0.001um.

4、偏擺角和俯仰角的精度：（1.0+0.1/m）角秒或1%顯示較大值

5、最大范圍：800角秒

6、滾動(dòng)角精度：1.0角秒

7、直線度精度：（1.0+0.2/m）um或1%顯示較大值

8、直線度最大范圍：500um

9、垂直度精度：1角秒

10、溫度精度：0.2攝氏度

11、濕度精度：5%

12、壓力精度：1mmHg

2、設(shè)計(jì)用于安裝在機(jī)床主軸上的5D/6D傳感器。

3、可選的無(wú)線遙控傳感器最長(zhǎng)的控制距離可到25米。

4、可測(cè)量速度、加速度、振動(dòng)等參數(shù)，并評(píng)估機(jī)床動(dòng)態(tài)特性。

5、全套系統(tǒng)重量?jī)H15公斤，設(shè)計(jì)緊湊、體積小，測(cè)量機(jī)床時(shí)不需三角架。

6、集成干涉鏡與激光器于一體，簡(jiǎn)化了調(diào)整步驟，減少了調(diào)整時(shí)間。

2、激光干涉儀的光源——激光,具有高強(qiáng)度、高度方向性、空間同調(diào)性、窄帶寬和高度單色性等優(yōu)點(diǎn)。

3、激光干涉儀可配合各種折射鏡、反射鏡等來(lái)使用。

4、儀器應(yīng)放置在干燥、清潔以及無(wú)振動(dòng)的環(huán)境中應(yīng)用。

5、在移動(dòng)儀器時(shí),為防止導(dǎo)軌變形,應(yīng)托住底座再進(jìn)行移動(dòng)。

6、儀器的光學(xué)零件在不用時(shí),應(yīng)在清潔干燥的器皿中進(jìn)行存放,以防止發(fā)霉。

7、盡量不要去擦拭儀器的反光鏡、分光鏡等,如必須擦拭則應(yīng)當(dāng)小心擦拭,利用科學(xué)的方法進(jìn)行清潔。

8、導(dǎo)軌、絲桿、螺母與軸孔部分等傳動(dòng)部件,應(yīng)當(dāng)保持良好的潤(rùn)滑。因此必要時(shí)要使用精密儀表油潤(rùn)滑。

9、在使用時(shí)應(yīng)避免強(qiáng)旋、硬扳等情況,合理恰當(dāng)?shù)恼{(diào)整部件。

10、避免劃傷或腐蝕導(dǎo)軌面絲桿,保持其不失油。

3、傳動(dòng)部件應(yīng)有良好的潤(rùn)滑。特別是導(dǎo)軌、絲桿、螺母與軸孔部分,應(yīng)用T5精密儀表油潤(rùn)滑。

4、使用時(shí),各調(diào)整部位用力要適當(dāng),不要強(qiáng)旋、硬扳。

5、導(dǎo)軌面絲桿應(yīng)防止劃傷、銹蝕,用畢后,仍保持不失油狀態(tài)。

6、 經(jīng)過(guò)精密調(diào)整的儀器部件上的螺絲,都涂有紅漆,不要擅自轉(zhuǎn)動(dòng)。