激光干涉仪原理与应用研究

摘 要：激光干涉仪已成为精密机床线性测量与补偿的基准，本文以雷尼绍ML10激光干涉仪线性测量为例，从激光干涉仪测量原理分析入手，得出测量距离与波长和脉冲数之间的关系。叙述了环境因素对测量因素的影响，针对具体线性测量指出其定位精度和重复定位精度计算公式。并指出了在测量过程中应注意的问题。

关键词：激光干涉仪；线性测量；波长；补偿；定位精度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.006

激光干涉仪是以激光波长为长度计量基准的高精度测量仪器，随着双频激光干涉仪的出现，因其具有性能稳定、检测精度高及数据可靠性好等优点，已成为高精密机械生产中校准及补偿的标准仪器，在机械制造、金属切削加工及航空航天等领域得到了广泛的应用[1-2]。本文针对激光干涉仪检测实例，从测量原理及环境因素入手，对其精度测量及补偿原理进行深入研究，针对线性测量中定位精度和重复定位精度数据的求解进行了说明。具有一定的现实意义。

1 测量原理

激光干涉仪有单频和双频之分，单频激光干涉仪受环境因素影响较大，一般用于特定环境的实验室。双频激光干涉仪出现于20世纪七十年代，其应用频率变化来测量位移，位移信息载于和的频差上，对由光强变化引起的直流电平变化不敏感，抗干扰能力强，广泛应用于各种工况下。其工作原理如下图1所示：

检测时，角锥反射镜1与分光镜同时固定在床身上，角锥反射镜2相对于分光镜移动，激光源发出单一频率的激光光束，经分光镜分成两束光，分别经角锥反射镜反射回分光镜中，在探测器中形成光束干涉。当光程差发生变化时，探测器就能观察到相长和相消干涉两端之间的信号变化，即可获得两光程差的变化，获得测量的长度[3-5]。

激光干涉仪模块中有环境补偿系统，作用是采集测量现场的湿度、温度和大气压力，用于调节激光光束的波長，环境补偿系统界面如下图2所示，图中第一行表示传感器采集测量现场的温度、湿度和气压数据，用于对激光干涉仪中激光光束波长的调节；第二行为物体膨胀效应补偿系数，人工输入数据，由机床实际材质决定；第三行为设定的标准温度值，将当前测量数值等效为标准温度参数时的等效波长。标准温度一般设定为20℃。表示将当前测量数据等效为标准温度条件下的误差。

2 测试实例

3 结论

对雷尼绍激光干涉仪线性测量及补偿原理进行了详细探讨，得出了测量距离与脉冲和波长数之间的关系，指出了测量过程中定位和重复定位的计算方法。激光干涉仪在线性测量过程中影响测量精度的因素非常多，为了获得满意的精度，在线性测量与补偿时尽量将镜头组固定在与读数头同位置处，以实现精度测量及补偿数据的稳定。

参考文献：

[1]杨新刚，黄玉美.激光干涉测长未对准误差分析[J].光子学报，2010，39（02）：311-315.

[2]薛梅，羡一民，于东升.激光干涉仪波长的自动实时补偿[J].工具技术，2005，39（08）：90-91.

[3]张建辉.激光干涉仪在提高数控机床定位精度中的应用[J].机床与液压，2011，39（04）：114-115.

[4]王哲，赵爱国，赵德云等.数控机床定位精度的综合分析[J].机械设计与制造，2010（09）：132-133.

[5]孙兴伟，张春党，张兴伟等.数控机床定位精度检测及补偿方法的研究[J].机床与液压，2014，42（23）：93-96.

[6]GB/T 17421[1].2-2000，数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定[S].

基金项目：陕西省军民融合基金研究项目（16JMR04）；渭南师范学院院级科研项目（17YKF05）

作者简介：贾平平（1980-），男，湖北洪湖人，博士，讲师，主要研究方向：数控技术及仪器测量技术。