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激光干涉仪测量必须考虑的误差源
  • 发布日期:2019-04-01      浏览次数:228
    •      激光干涉仪的开发,给机床工业提供了高精度的标准,适用于各种型号和规格的机床。稳定的氦氖激光代表了当前激光长度测量标准的工艺水平,而且在实际上成为已采用的长度测量标准。

       激光干涉仪的精度视激光波长而定,其精度较好于0.5PPM(百万分子0.5)

       激光干涉仪可以测出单轴六个自由度中的五个:线形定位、水平面内直线度、垂直面内直线度、俯仰角和偏摆角,也可测量两轴之间的垂直度。

        使用激光干涉仪测量,必须要考虑到的误差源:

        一、 环境误差。激光干涉仪的**精度取决于周围条件的精确程度(或者说环境的稳定程度)。环境温度每产生1℃的变化,**压力每产生2.5mmHg或相对湿度每产生30%的误差时,都将会导致约1PPM(百万分子一)的测量误差。这些误差利用人工补偿或激光干涉仪所配的自动补偿装置可部分克服。因此检测期间保持这些条件的稳定非常重要。

        二、 机床表面温度。即机床本身温度变化的影响。对于用钢制丝杠定位滑鞍的机床,丝杠理论热膨胀系数为10.8PPM/℃,即温度每升高1℃,他将膨胀近10.8微米/米。

        三、 死径误差(死行程误差)。它是一种在测量期间与环境条件的变化有关系的误差。它是由于当围绕激光束的大气压力发生变化(引起激光波长变化)时以及当固定有激光干涉仪和目标反射镜的材料温度发生变化(引起干涉仪和反射镜之间的距离变化)时,激光束行程长度得不到补偿而造成。

        简单的讲,激光测量行程的死行程区是指激光干涉仪与测量复位点(0)位置间的距离。激光干涉仪自身的补偿系统仅能补偿测量复位点到测量行程终点的距离,而对于死行程区的距离是不补偿的。

        四、 余弦误差。激光束路径对应机床运动轴线如未对准,将在测量长度同实际移动长度间产生一个误差。由于这个误差与光束和实际运动间未对准角的余弦成比例,所以未对准误差通常称为余弦误差。余弦误差=1-cosθ,对于较小的θ,余弦误差近似于θ2/2。举例来说,当 =1mrad (3 arcmin),则余弦误差为0.5ppm

        当激光测量系统与机床移动轴线未对准时,余弦误差将使测量长度小于实际长度。消除余弦误差的方法是在安装时确保良好的对准。

        五、 阿贝误差。阿贝误差原理是长度计量和长度计量仪器设计中*经典的测量原理。被测轴线和测量轴线应在同一直线或其延伸线上,如果在一个偏离的被测位移的位置上进行测量时,部件的任何角运动都将产生一个误差。估算角运动产生的误差的一条有益经验是:每角秒的角运动产生约5um/m的偏移。对于阿贝偏移为200mm2秒的角运动,其测量位移误差为200mm×5um/m/角秒×2角秒=2um

     
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