双频激光干涉仪的原理与应用_四_.pdfVIP

1 9 9 6 年 第 3 0 卷 附 7 双频激光干涉仪的原理与应用 (四 ) 机械部成都 工具研究所 (61 0 0 5 6) 羡一 民 三 、 双频激光干 涉仪的 派 生应用 双频激光干涉仪在机床检定中的应用是双 频激 光干涉仪 的基本功能 , 无需对仪器作任何 改动即可实现 。 双频激光干涉仪同时 又是一种高精度的长 度传感器 , 可 以直接安装在机床或各种测量仪 器上作为定位系统 , 也可 以与其它传感器结合 , 构成新的测量系统 。 下面介绍双频激光干涉仪 的部分派生应用 。 1 . 激光测长机 由于激光干涉仪是 目前精度最高 、 量程最 大的长度计量仪器 , 因而在许多场合可以作为 长度计量基准仪器 。 大型基准仪器多为特殊设 计的激光干涉仪系统 , 也有直接使用商品激光 干涉仪的 , 如 法国国家性能实验室 (BMN )建立 的长度基准 即采用 1毛 〕5 5 0l A 双频激光头 , 系统 的精度可达士 1 . 3脚/ 3 m [lj 。 对于工厂计量室 , 可 以方便地将双频激光 干涉仪安装在普通测长机上 , 取代原测长机的 玻璃线纹尺 , 组成一台简易激光测长机 。 若对原 测长机进行一些改动 , 将双频激光干涉仪的测 量反射镜 与测长机测头刚性联接 , 这样双频激 光干涉仪就取代了原测长机的微调部分 , 测 量 数据完全由双频激光干涉仪显示 。 双频激光干涉仪用 于测长机上 , 一般可将 测长机精度提高一个量级 , 这不仅 因为双频激 光干涉仪的精度高于 玻璃线纹尺 , 更主要的是 在布局上完全消除了阿贝误差 。 2 . 线位移传感器的检测与刻划 在 叨S 双频激光干涉仪的电子单元中 , 设 有一个由 CP U 控制的可变分频器 , 可直接用于 光栅 、 磁栅 、 感应同步器等线位移传感器的检测 与刻划 。 在检测时 , 将被检传感器的脉冲信号输人 分频器 , C PU 按所要求 的间隔设置分频数 , 由 分频器的输 出信号采样激光干涉仪的读数 , 即 可 实现检测功能 。 用于 刻划时 , CP U 按所要求的刻划间隔设 置分频数 , 将激光计数脉冲输入分频器 , 由分频 器的输出信号控制刻划设备完成刻划工作 。 3 . 精密线纹尺的检测 线纹尺 的检测 一般使用激光干涉仪 。 图 2 0 为 MJ S 双频激光干涉仪用于 线纹 尺检测 的示 意图 。 不苏爵不一丁藻丽下一斤蔽习 图 20 MIS 双频激光干 涉仪用于 线纹尺检测示意图 1 . 激光头 2 . 长度干涉仪 4 . 工作 台 5 . 被检线纹尺 测量反射镜 光 电显微镜 被检线纹尺 5 安装于工作台 4 上 , 测量时 工作台移动 , 光电显微镜 6 得到线纹瞄准信号 , 此信号送人 叨 S 双频激光干涉仪的电子单元 对激光测量数据采样 。 测量结果的数据处理由 计算机完成 。 4 . 长圆比相计 许多测量问题可 以 归纳为长和圆的比相 , 如丝杠 、 螺纹 、 车床传动链 、 滚齿机差动链的测 量等 , 其长度传感器一般可 以用光栅 、 磁栅 、 感 应同步器等 , 但有时要受到测量长度 、 精度 。 安 装的限制 , 在这种情况下双频激光干涉仪则是 最理想的测量部件 。 图 2 1 . 为 MJ S 双频激光干涉仪在车床上检 测丝杠的示意图 。 被检丝杠 6 安装于 车床上 , 圆分度传感器 7 与主轴同轴安装 , 测头 5 与测 量反射镜 3 连为一体 , 并通过平行片簧 4 与车 床刀架 8 刚性联接 。 测量时圆分度传感器的脉 《工具拉术》 冲信号输入双频激光干涉仪 的电子单元 , 在 电 子单元分频后采样激光干涉仪读数 , 实现长 圆 比相 。 安装时 , 双频激光干涉仪的测量光束应尽 量靠近被检丝 杠 , 以减小阿贝误差 。 在要求精度 较高时 , 还应考虑折射率补偿 。 在图 21 中 , 如果测量反射镜刚性固定在刀 架上 , 则可用于 测量车床的传动链误差 。 为了提高丝杠加工精度 , 用双频激光干涉 仪改造丝杠车床 、 螺纹磨床也不失为一种好方 法 。 在丝杠车床上安装双频激光干涉仪系统如 图 2 1 所示 (不需测头 ) , 此时电子单元输出误差 信号驱动伺服电机或步进电机 , 电机带动执行 机构控制车床丝 杠螺母的转动 , 达到修正误差 的 目的 。 根据国内经验 , 改造后的丝杠车床可直 于之加工 5 一 6 级 丝杠 。 的多普勒频移 五士叮和 石干八人因此转角值为 。 . ZL 口二二二 a rC曰 n —r 式 中 r 为转台半径 , L 为双频激光干涉仪显示 值 。 图 2 3 b 的布局中 , 五和 儿光束经角锥棱镜 4 、 5 反射到平面反射镜 6 、 7 上 , 然后原路折回 , 通过激光头内的折