激光干涉测量系统
激光干涉测量技术
数字处理
A O
C
B
O’
D
激光干涉仪应用及跟踪干涉测量技术
3）位置跟踪控制系统
误差分析：
激光干涉测量过程中，由于跟踪转镜的转角不参与对测量值的计算，所以只要在 运动过程中能保证干涉仪能进行干涉测量，不丢光，就能完成测量任务。电气系统 的稳态误差不会对测量精度产生影响。
A O
C
B
O’
D
光电池位置偏差对干涉仪测量精度的影响：光电池位置偏差对激光跟踪干涉仪测距精度影响不大，
新建立4个约束方程，可见存在一个冗余方程。
A B
D 3）只要增加动点数，使得冗余的约束方程个数大于或等于系统
未知参数，就可对系统进行标定。
C
激光干涉仪应用及跟踪干涉测量技术
解决自标定问题 四路激光跟踪干涉测量系统——引入n个动点
1）两点间距离公式，可建立4n个约束方程。 2）同时引入了3n个未知量（每个动点的x、y、z坐标）。 3）系统原有的未知量 共3×(4+1)＝15个
激光干涉仪应用及跟踪干涉测量技术
三路激光跟踪干涉测量系统
每一路激光跟踪干涉仪实时跟踪目标镜运动，并测量出目标镜到 跟踪转镜中心的相对长度变动量。
•如果动点到基点的初始长度已知，
P
那么动点移动后，其到基点的距离也就可以确定。
A B
•如果三个基点的相对位置关系也已知， 那么空间种运动目标的位置也就唯一确定。
基点1
基点2
基点3
基点4
基点5
L1 (x0 xb1)2 ( y0 yb1)2 (z0 zb1)2
初 始
L2 (x0 xb2 )2 ( y0 yb2 )2 (z0 zb2 )2
激光干涉测长的基本原理
激光干涉测长的基本原理
激光干涉测长是一种非接触式测量方法，其基本原理如下：
1. 使用激光器产生一束单色、相干、窄束的激光。
2. 将激光分为两束，分别称为参考光和测量光。
参考光经过一个反射镜反射，与测量光相向而行。
3. 测量光照射到被测对象上，经过反射后再次与参考光相遇。
4. 参考光和测量光在相遇的地方形成干涉条纹。
这是因为两束光波相干叠加时，会出现干涉现象。
5. 干涉条纹的形态和幅度受到测量光程的影响。
测量光程是测量光从激光器出射到被测对象反射回来的总路程，包括参考光程和被测对象的光程。
6. 通过观察干涉条纹的形态和移动的情况，可以确定测量光程变化的大小，从而计算出被测对象的长度或距离。
激光干涉测长具有高精度、高分辨率、快速响应等特点，广泛应用于工业制造、科学研究、精密测量等领域。
激光原理与技术--第六章 激光在精密测量中的应用
半波长的奇数倍时----- 出现明纹。
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我们把k =士1的两个暗点之 间的角距离作为中央明纹的 角宽度．中央明纹的半角宽度
Δθ0≈λ∕a
◆暗纹中心位置公式:
◆明纹中心位置公式:
明纹 暗纹
◆光强分布公式:
单缝衍射测量仪器示意图
4
6.1.2 激光干涉测长系统的组成
除了迈克尔孙干涉仪以外，激光干涉测长系统还包括激光光源、可移 动平台、光电显微镜、光电计数器、显示记录装置
7.干涉条纹计数时，通过移相获得两路相差π/2的干涉条纹的光强信号， 该信号经放大，整形，倒向及微分等处理,可以获得四个相位依次相差π/2 的脉冲信号（图6-5）。
图6-2 反射器
3
6.1.2 激光干涉测长系统的组成
5.激光干涉仪的典型光路布局有使用角锥棱镜反射器的光路布局，如图6-3示。
图6-3 典型光路布局
6. 移相器也是干涉仪测量系统的重要组成部分。常用的移相方法有机械移相（图6-4）， 翼形板移相，金属膜移相和偏振法移相。
图6-4 机械法移相原理图
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基本原理
The Michelson interferometer is shown in Figure 1. The basic optical path of laser interferometer length measurement is a Michelson interferometer, and this makes use of interference fringes ,which are the traces of points owing the same path difference, to reflect the information of measured object. It uses the partially reflecting element P to divide the light from laser source into two mutually coherent beams which are reflected by M1 and M2 .The output intensity of an interferometer is a periodic function of the length difference between the measuring path and the reference path of the interferometer. Typical length measurements with a laser interferometer are performed by moving one reflector of the interferometer along a guideway and counting the periodic interferometer signal, e.g. the interference fringes. These results are unambiguous as long as the length difference between two consecutive measurements is within λ/2. Interpolation of the fringes can lead to a resolution of the length measurement below 1nm. The bright fringes occur when the path difference is kλ and the dark fringes when it is (k+1/2)λ,where k is any integer.
激光干涉测量技术的应用与发展
激光干涉测量技术的应用与发展激光干涉测量技术是一种利用两束或多束激光干涉的方法来获得被测量物件的形状、尺寸、形变、表面粗糙度等参数的非接触式测量技术。
因其具有精度高、速度快、非接触、非损伤等优点，近年来被广泛应用于各个领域，如空间结构、微加工、医学、汽车制造、半导体加工、航空航天等。
本文将重点探讨激光干涉测量技术的应用和发展。
一、应用领域1.空间结构测量激光干涉测量技术可以通过在空间结构表面扫描多个测量点来获取结构的形状和姿态等信息，用于结构的定位、配合和校正。
例如，在卫星发射前，需要准确测量各个部件的尺寸和相对位置，确保卫星能够正确地组装在一起。
2.微加工测量在微加工过程中，激光干涉测量技术可以测量微米级别的形变和表面质量，用于控制产品质量和优化加工过程。
例如，在制造微纳米光学器件时，需要测量器件的形变和表面质量，以确保其性能优异。
3.医学应用激光干涉测量技术可以应用于医学领域，用于测量人体器官和组织的形状和尺寸等参数。
例如，在牙齿修复中，激光干涉测量可以帮助医生准确测量牙齿的大小和形状，制作出合适的假牙。
4.汽车制造在汽车制造领域，激光干涉测量技术可以用于检测车身结构的尺寸和形状是否符合设计要求，以及车身表面的平整度和几何精度。
例如，在汽车制造中，需要使用激光干涉测量技术来检测车门、车窗的尺寸和形状是否正确，以确保车门、车窗能够完全密合。
5.半导体加工在半导体制造过程中，激光干涉测量技术可以用于测量芯片表面的平整度和精度，以及芯片上电路元器件的尺寸和形状等参数。
例如，在制造集成电路时，需要使用激光干涉测量技术来确保芯片表面的平整度和精度符合要求，以确保芯片的电子性能。
二、技术发展近年来，随着激光技术和计算机技术的发展，激光干涉测量技术也取得了一系列的进展。
1.高频率测量高频率测量是近年来激光干涉测量技术的一个新发展方向。
高频率测量可以在非常短的时间内获得目标结构的形状和位移信息，适用于快速运动或频繁变化的物体测量。
雷尼绍激光干涉仪系统手册-线性测量
激光系统手册线性测量页码，1/32线性测量标题页线性测量步骤线性测量是最普通的激光测量形式。
激光系统通过将轴读数器上显示的位置与激光系统测量的真实位置相比较，测量线性定位精度和重复性。
本节内容将指导您进行机器线性轴定位精度校准的实践练习。
线性测量所需的步骤如下：规格参数 — 给出线性测量精度的全部规格参数。
线性测量设定测量线性位置的典型系统设定如图1所示。
选择设定图上的文字标签，获取有关该系统组件的更多信息。
重要事项 — 请先阅读安全一节，再继续。
调整激光光束，使之与机器运动轴准直。
测量和记录机器的线性误差。
图1—测量位置的典型系统设定执行以下步骤，设定激光系统进行线性测量。
如果您尚未完成以上操作，则安装校准软件。
在三角架上安装XL激光头。
用USB电缆将XL激光头连接到PC机上。
将电缆的一端插到XL激光头尾部的USB插槽中，另一端插到PC 机上。
对XC补偿单元执行相似的操作。
将XC补偿单元的空气传感器放在机器上或其周围的适当位置上。
为安全起见，开始时XL激光头的光闸应转至关闭位置，如下图2所示。
图2 - XL光闸位置- 不发出任何光束连接激光系统的直流电源，然后连接到主电源并开启电源。
激光系统将开始预热循环，这大概需要6分钟。
线性测量的原理图1 - 线性测量的光学设定要对线性测量进行设定，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。
这个组合装置称为“线性干涉镜”，它形成激光光束的参考光路。
线性干涉镜放置在XL 激光头和线性反射镜之间的光路上，如图1所示。
分光镜机架上标有两个箭头，指示其方向。
箭头应指向两个反射镜，如上图所示。
图2 — 测量原理警告1.为避免伤害眼睛，请不要直视射出光束。
2.不要让光束直射或者通过光学元件或任何其他反射面反射到您的眼睛或任何其他人的眼睛。
+89束与机器的运动轴准直。
页码，4/32线性测量标题页来自XL激光头的光束进入线性干涉镜，在此光束被分成两束。
激光测量技术-第二章 激光干涉测量技术
本章主要内容: 1. 背景知识概述（重点） 2. 第一节 干涉测量长度和位移（重点） 3. 第二节 小角度测量仪(合并第一节) 4. 第三节 外差干涉测量技术（重点） 5. 第四节 激光全息干涉测量技术 6. 第五节 激光散斑干涉测量技术 7. 第六节 激光光纤干涉测量技术 8. 第七节 激光多波长干涉测长技木
测控教研室
2006年3月6日星期一
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一、背景知识概述
I max I min 4AB 2AB 2 光的相位与走过的光程nl有关： M 2 2 I max I min 2A 2B A B2
A cos(t ) A cos(t 0
2
nl )
已知发生相干条件， 带入2-1-2式：
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2006年3月6日星期一
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§2.1 二、系统的组成
3) 光学倍频 L= Kλ/2k
测控教研室
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§2.1 二、系统的组成
4) 零光程差
Lr 与Lm相等且同向安置, 消除环境的影响,提高精度
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2006年3月6日星期一
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§2.1 二、系统的组成
(二)、干涉条纹计数与测量结果 干涉条纹计数的要求： a) 能够判断方向， 避免反向、大气、环境 振动以及导轨的误差影响 b) 能够细分， 提高分辨率 这样需要相位相差90度的两个电信号输出， 即一个按光程正弦变化，一个余弦变化
测控教研室
2006年3月6日星期一
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一、背景知识概述
则合成有：
A1 cos(t 1 ) cos(t 2 ) cos(t 1 ) cos(t 1 (1 2 ))
激光干涉仪原理介绍——线性测量与回转轴校准(图文并茂)
现代集成制造与数控装备研究所 CIMS
机械与汽车工程学院
回转轴校准测量步骤
典型测试（步距为5°）的步骤如下： 1. 将XR20-W定位在被测轴上并调整激光系 统的准直（如右图所示）。 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。 3. 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，XR20-W 内置的反射镜反向旋转5°。 5. 系统结合XL-80与XR20-W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精度图。
机械与汽车工程学院
激光的产生
LASER是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 的缩写，意为通过受激发射线的放射达到光的放大，即激光。 大多数现代位移干涉仪都使用氦氖 (He-Ne) 激光管，这些激光管具 有633纳米 (nm) 的波长输出 氦氖激光管的构成如下所示：
现代集成制造与数控装备研究所 CIMS
机械与汽车工程学院
激光及其特点 激光输出可视为一束正弦波。
波长
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。
现代集成制造与数控装备研究所 CIMS
机械与汽车工程学院
光的干涉
•当相位角相差180°（半个波长）时，复合光强为0，产生暗条纹。
现代集成制造与数控装备研究所 CIMS
机械与汽车工程学院
二、激光干涉测量原理
XL-80激光测量回路如下
•如果测量光路长度改变（角 锥反射镜C移动），干涉光束 的相对相位将改变，由此产 生的相长干涉和相消干涉的 循环将导致叠加光束强度的 明暗周期变化。 • 角锥反射镜每移动316 nm， 就会出现一个光强变化循环 （明－暗－明）通过计算这 些循环来测量移动。 • 通过在这些循环之间进行相 位细分，实现更高分辨率 (1 nm) 的测量。
高精度激光干涉仪的调试步骤与测量结果分析方法
高精度激光干涉仪的调试步骤与测量结果分析方法激光干涉仪是一种用于测量光程差的精密仪器，在科研、工业制造和生物医学等领域得到了广泛应用。
高精度激光干涉仪能够实现亚纳米级的测量精度，因此其调试步骤和测量结果分析方法非常关键。
一、激光干涉仪的调试步骤1. 光学路径的校准：激光干涉仪中最重要的部分是干涉仪的光路。
首先要保证光源的稳定性和亮度，通常使用氦氖激光器作为光源，并使用聚焦透镜获得平行光。
然后要调整两束光线的平行度，使用准直器或像差调节器进行调整。
最后，通过调整反射镜和平行板的位置，使两束光线相互平行，保证光束之间的光程差为零。
2. 干涉图案的调试：将两束光线合并后，会出现一条干涉条纹。
通过调节平行板的角度或物镜的位置，可以调整干涉条纹的间距和亮度。
要使条纹清晰且对称，可以适当调整反射镜的位置。
3. 线性度和非线性度的校准：利用参考杆来测试激光干涉仪的线性度和非线性度。
将参考杆平行放置在干涉仪的测量平台上，测量不同位置处光程差与参考杆长度的关系。
通过分析这些数据，可以得到激光干涉仪的线性度和非线性度，并进行校准。
4. 测量系统误差的校正：激光干涉仪在实际测量中可能存在系统误差，如温度变化、机械振动等。
通过在实验中引入补偿措施，可以对这些误差进行校正。
例如，可以在实验过程中保持温度稳定，使用防振设备减小机械振动对测量的影响。
5. 预处理与信号分析：在测量过程中，激光干涉仪会产生一系列干涉信号。
这些信号需要进行预处理和信号分析，以获得最终的测量结果。
常用的方法包括锁相放大器、频谱分析仪等。
二、测量结果分析方法1. 干涉条纹解析：干涉仪产生的干涉条纹是通过测量光程差得到的。
根据不同的应用需求，可以利用不同的方法对条纹进行解析，如三角法、Fourier变换等。
解析干涉条纹可以得到物体的形貌信息和变形分布等。
2. 测量结果精度评估：对于高精度激光干涉仪的测量结果，需要进行精度评估来判断测量结果的可靠性。
常用的方法包括误差分析、重复性测试和对比实验等。
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激光干涉测量系统
Laser Interferometer
型号：DISTAX L-LM-20B
购入时间：2004年01月
价格：303400元（人民币）
制造厂家：日本东京精密公司
安装地点：延长校区机械楼102室
所在单位：机自学院精密机械系
所在地址：延长路149号
联系人：程维明
联系电话：（021）56333903
仪器简介：
激光干涉测量系统是以激光为长度基准，对长度等几何量进行精密测量的仪器。
可以进行精密位移测量，配以相应的工夹具可以测量大型装置的长度、角度等几何量。
该激光干涉仪以光纤为光束传导介质，并带有空气传感器和工件温度传感器，使用、安装方便，精度高。
主要技术指标：
测量分辨率：10nm；测量精度：0.1μm；测量速度：0.4ms-1；激光功率：1Mw
应用范围：
长度测量、位移测量等。