激光干涉儀原理與應用研究

摘 要：激光干涉儀已成為精密機床線性測量與補償的基準，本文以雷尼紹ML10激光干涉儀線性測量為例，從激光干涉儀測量原理分析入手，得出測量距離與波長和脈沖數之間的關系。敘述了環境因素對測量因素的影響，針對具體線性測量指出其定位精度和重復定位精度計算公式。并指出了在測量過程中應注意的問題。

關鍵詞：激光干涉儀；線性測量；波長；補償；定位精度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.006

激光干涉儀是以激光波長為長度計量基準的高精度測量儀器，隨著雙頻激光干涉儀的出現，因其具有性能穩定、檢測精度高及數據可靠性好等優點，已成為高精密機械生產中校準及補償的標準儀器，在機械制造、金屬切削加工及航空航天等領域得到了廣泛的應用[1-2]。本文針對激光干涉儀檢測實例，從測量原理及環境因素入手，對其精度測量及補償原理進行深入研究，針對線性測量中定位精度和重復定位精度數據的求解進行了說明。具有一定的現實意義。

1 測量原理

激光干涉儀有單頻和雙頻之分，單頻激光干涉儀受環境因素影響較大，一般用于特定環境的實驗室。雙頻激光干涉儀出現于20世紀七十年代，其應用頻率變化來測量位移，位移信息載于和的頻差上，對由光強變化引起的直流電平變化不敏感，抗干擾能力強，廣泛應用于各種工況下。其工作原理如下圖1所示：

檢測時，角錐反射鏡1與分光鏡同時固定在床身上，角錐反射鏡2相對于分光鏡移動，激光源發出單一頻率的激光光束，經分光鏡分成兩束光，分別經角錐反射鏡反射回分光鏡中，在探測器中形成光束干涉。當光程差發生變化時，探測器就能觀察到相長和相消干涉兩端之間的信號變化，即可獲得兩光程差的變化，獲得測量的長度[3-5]。

激光干涉儀模塊中有環境補償系統，作用是采集測量現場的濕度、溫度和大氣壓力，用于調節激光光束的波長，環境補償系統界面如下圖2所示，圖中第一行表示傳感器采集測量現場的溫度、濕度和氣壓數據，用于對激光干涉儀中激光光束波長的調節；第二行為物體膨脹效應補償系數，人工輸入數據，由機床實際材質決定；第三行為設定的標準溫度值，將當前測量數值等效為標準溫度參數時的等效波長。標準溫度一般設定為20℃。表示將當前測量數據等效為標準溫度條件下的誤差。

2 測試實例

3 結論

對雷尼紹激光干涉儀線性測量及補償原理進行了詳細探討，得出了測量距離與脈沖和波長數之間的關系，指出了測量過程中定位和重復定位的計算方法。激光干涉儀在線性測量過程中影響測量精度的因素非常多，為了獲得滿意的精度，在線性測量與補償時盡量將鏡頭組固定在與讀數頭同位置處，以實現精度測量及補償數據的穩定。

參考文獻：

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[2]薛梅，羨一民，于東升.激光干涉儀波長的自動實時補償[J].工具技術，2005，39（08）：90-91.

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[5]孫興偉，張春黨，張興偉等.數控機床定位精度檢測及補償方法的研究[J].機床與液壓，2014，42（23）：93-96.

[6]GB/T 17421[1].2-2000，數控軸線的定位精度和重復定位精度的確定[S].

基金項目：陜西省軍民融合基金研究項目（16JMR04）；渭南師范學院院級科研項目（17YKF05）

作者簡介：賈平平（1980-），男，湖北洪湖人，博士，講師，主要研究方向：數控技術及儀器測量技術。