激光干涉仪原理介绍.pptx

apply innovationSlide 19/6/2024基本概念基本概念 激光干涉仪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。apply innovationSlide 29/6/2024基本概念基本概念机床精度的机床精度的21项误差项误差For Linear measurement(3):xdx ydy zdzFor Angular measurement(9):Ax Bx Cx Ay By Cy Az Bz CzFor Straightness measurement(6):xdy xdz ydx ydz zdx zdyFor Squareness measurement(3)XZ,XY,YZapply innovationSlide 39/6/2024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.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。Wavelength基本概念基本概念 激光及其特点激光及其特点apply innovationSlide 49/6/2024基本概念基本概念 激光的产生激光的产生apply innovationSlide 59/6/2024基本概念基本概念 激光的干涉特性激光的干涉特性如果相位相反，则光波会相互抵消，表现为暗如果相位相反，则光波会相互抵消，表现为暗条纹。条纹。如果两束光相位相同，光波会叠加增强，表如果两束光相位相同，光波会叠加增强，表现为亮条纹。现为亮条纹。相长干涉相长干涉相消干涉相消干涉+-=+=apply innovationSlide 69/6/2024线性测量原理线性测量原理安装方式：安装方式：apply innovationSlide 79/6/2024线性测量光路图线性测量光路图移动反射镜移动反射镜固定反射镜和分光固定反射镜和分光镜镜apply innovationSlide 89/6/2024激光头激光头 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.反射光和测量光经过分光镜后汇合，并且彼此干涉.线性测量原理线性测量原理C(移动反射镜移动反射镜)A(分光镜分光镜)B(固定反射镜固定反射镜)输出光输出光反射光反射光测量光测量光汇合光汇合光apply innovationSlide 99/6/2024线性测量原理线性测量原理如果相位相反，则光波会相互抵消，表现为如果相位相反，则光波会相互抵消，表现为暗条纹。暗条纹。如果两束光相位相同，则光波会叠加增强，如果两束光相位相同，则光波会叠加增强，表现为亮条纹。表现为亮条纹。相长干涉相长干涉相消干涉相消干涉参考光：固定不动参考光：固定不动测量光：随着反射镜的移动而移动测量光：随着反射镜的移动而移动移动反射移动反射镜镜apply innovationSlide 109/6/2024线性测量原理线性测量原理激光干涉仪通过接收到的激光的明暗条纹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，从而知道距离的变化，再通过电子细分，从而知道距离的细微和准确变化。细微和准确变化。+-=+=apply innovationSlide 119/6/2024线性测量线性测量apply innovationSlide 129/6/2024lISO 230-2(1997)-InternationallASME B5.54-U.S.A.lBS 3800-U.K.lJIS B6330-JapanlGB 10931-89-ChinalVDI 3441-GermanylE60-099-France激光干涉仪测量与国际标准激光干涉仪测量与国际标准apply innovationSlide 139/6/2024角度测量角度测量安装方式安装方式apply innovationSlide 149/6/2024角度测量角度测量固定干涉镜固定干涉镜移动反射镜移动反射镜apply innovationSlide 159/6/2024角度测量角度测量 激光头激光头固定干涉镜固定干涉镜移动反射镜移动反射镜apply innovationSlide 169/6/2024角度测量角度测量apply innovationSlide 179/6/2024直线度测量直线度测量apply innovationSlide 189/6/2024直线度测量直线度测量apply innovationSlide 199/6/2024直线度测量直线度测量激光头Wollaston棱镜光线 1光线 2直线度反射镜 apply innovationSlide 209/6/2024直线度测量直线度测量激光头直线度反射镜Wollaston棱镜光线 1(加长)光线 2(缩短)移动方向 apply innovationSlide 219/6/2024直线度测量直线度测量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 sidewaysAs the reflector is moved upwards,Beam path 1 gets longer and Beam path 2 gets shorterThis 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)apply innovationSlide 229/6/2024垂直度测量垂直度测量apply innovationSlide 239/6/2024垂直度测量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:apply innovationSlide 249/6/2024平面度测量平面度测量apply innovationSlide 259/6/2024平面度测量平面度测量-网格法网格法对角线法对角线法平面度测量方法测量原理apply innovationSlide 269/6/2024回转轴测量回转轴测量-RX10RangeUnlimitedAccuracy1 arc secResolution0.2 arc secMax velocity30rpm(step 10deg)RemarkOperating temperature:0 to 40 degCapply innovationSlide 279/6/2024回转轴测量回转轴测量-RX10apply innovationSlide 289/6/2024为什麼需要补偿？为什麼需要补偿？l激光波长是高测量精度的基础。l然而.激光的波长会受到空气折射率的影响。l空气折射率又受到大气压、温度和湿度的影响。l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。apply innovationSlide 299/6/2024环境补偿单元环境补偿单元lRenishaw XC80环境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。空气压力Accuracy:1.0 mbar湿度Accuracy:6%空气温度Accuracy:0.2 C材料温度Accuracy:0.1 Capply innovationSlide 309/6/2024监控4个参数:空气温度 空气压力 波长补偿相对湿度 /材料温度 -材料补偿环境补偿单元环境补偿单元Environmental temperature(deg c)Accuracy ppmLinear Measurement accuracy 0.5ppmSystem Accuracy XL-80 System012345670510152025303540Material expansion normalisation accuracyapply innovationSlide 319/6/2024如果没有补偿会产生哪些误差如果没有补偿会产生哪些误差?-如下的变化会带来1ppm的变化:空气温度 1 degree Celsius 空气压力 3.3 mbar 相对湿度(at 20 degree Celsius)50%相对湿度(at 40 degree Celsius)30%Uncompensated CompensatedLaser frequency(0.05ppm)02468101214161820Error ppmAltitude(100m)Air temperature(25C)Air humidity(70%)Air pressure(970mbar*)Error sourceapply innovationSlide 329/6/2024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 20C,所以需要一个修正，即：热膨胀补偿，或标准化。例如:钢的热膨胀系数是 12ppm/C在 20 C下，一支 1000 mm 的钢棒,在28 C下，其长度将是1000+1000 x12x8x10-6=1000.096 mm.但是激光的读数(热补偿后)将是 1000.000 mmapply innovationSlide 339/6/2024材料的材料的热膨膨胀系数系数apply innovationSlide 349/6/2024交流与答疑。交流与答疑。