双频激光干涉仪测试原理

如图

所示!双频激光干涉仪是利用光的干涉原理和

多普勒效应 " 是指光线照射到运动粒子上其频率将发生
变化的现象# 产生频差的原理来进行位置检测的

& 单频

#$%&$

激光器置于一轴向磁场中!由于赛曼效应’ 单色光

被分子散射后频率发生改变的现象!又称合并散射效应(
使激光的谱线分裂成为两个旋转方向相反的左右圆偏振

光 !这两束光波的振幅相同 !频率相差很少 !分别为

和

’

& 经分光镜

反射!并通过检偏器后射入光电元件

接受一个合成的拍频信号!

’

的差值是定值!可以作

为测量的基准频率

基

’

& 另一部分通过分光镜

’

的

处! 频率为

’

的光束完全反射经滤光器变为线偏振光

’

!投射到固定棱镜

)

后并反射到分光镜

’

的

处&频率

为

的光束折射经滤光器变为线偏振光

!投射到可动棱

镜

后也反射到分光镜

’

的

处!两者产生相干光束&

若

移动!则反射光的频率发生变化而产生多普勒效应!

其频差为多普勒频差

! !

频率

! *(!

+! !

的反射光与频率为

’

的反射光在

处

汇合后!经检偏器投入光电元件

’

!得到测量频率

测

’

+! ! -

的光电流!这路光电流与经光电元件

后得到频

差为

基

的光电流!同时经放大器放大进入计算机!经减法

器和计数器 !即可算出差值

+! !

!并按下式计算出可动棱

镜

的移动速度

和移动距离

’

! !( ’&

&( .(

.((&.)

((

)

&.)(

)

’

! !.)( "

’

)

! !.)( "

’

)

(

式中!

是

#$%&$

激光波长!

是由计算机记录下来的脉

冲数!将脉冲数乘以半波长就得到所测位移的长度&

直线电机进给定位精度测试方法

直线电机进给产生定位精度误差因素很复杂!主要因

素有*)

( 光栅尺的制造及安装误差+ 光栅尺的运动部分

及固定部分分别安装在进给单元的动子及定子底板上!产
生一定的线性误差在所难免,)

’

( 直线电机存在的边端效

应使进给单元两端的力特性发生变化! 影响进给平台制
动!从而产生定位精度误差,)

)

( 环境对定位精度误差产

生的随机误差& 由于没有采用隔震地基!周边环境的随机
振动都会传递到进给单元及激光干涉仪!从而产生误差&

直线电机进给定位精度测试采用英国雷尼绍公司的

01!/

激光干涉仪测试&

01!/

激光干涉仪为机床检定提

供了一种高精度标准!它准确度高-测量范围大" 线性测长

! 任选

3/ 2

( - 测量速度快 "

4/ 2!256

( - 分辨率高

/7//!# 2

( -便携性好+ 且具备自动线性误差补偿功能

可

方便恢复机床精度+

测试方法如下*

( 安装双频激光干涉仪测量系统各组件 " 见图

’

( +

’

( 在需测量的直线电机进给坐标轴线方向安装光

学测量装置+

)

( 调整激光头

使测量轴线与直线电机移动的轴线

在一条直线上

或平行

- 8

即将光路调准直+

( 待激光预热后输入测量参数+

( 按规定的测量程序运动直线电机进行测量+

( 数据处理及结果输出+

在试验中! 由于直线电机采用的位置传感器为光栅

尺!其分辨率为

!# 2

!最高采样速度为

! 2!:

+ 为了读数精

确与稳定 !激光干涉仪的精度设置为

/7! # 2

" 最高可达

! 62

( !测试现场如图

)

所示+ 测试现场环境条件如下*大

气压力*

!/’79) ;<=

,室温*

’!7/)>?

,相对湿度

@/7’9A

,直线

电机温度*

’’7/@>?

为了全面客观反映直线电机进给的定位精度!在不同

速率-加" 减( 速度-位置条件下!进行相应的定位精度测
试与分析+ 在

’//22

行程范围内-不同速度及加速度的工

况下 ! 对进给单元的定位精度进行检测 ! 进给步长为

!/22

!检测结果如下表及图

所示+

试验数据分析

从上表及图

中可以发现*"

( 定位精度随位移的增

加而增加! 在不同的位置段! 积累误差的增长速率不同,

’

( 在不同的情况下!定位精度具有很好的一致性 !说明

!""#$%

机械工程师