干涉儀

1、儀器應(yīng)妥善地放在干燥、清潔的房間內(nèi)，防止振動，儀器搬動 時，應(yīng)托住底座，以防導(dǎo)軌變形。

2、光學(xué)零件不用時，應(yīng)存放在清潔的干燥盆內(nèi)，以防止發(fā)霉。反光鏡、分光鏡一般不允許擦拭，必要擦拭時，須先用備件毛刷小心撣去灰塵，再用脫脂清潔棉花球滴上酒精和乙醚混合液輕拭。

3、傳動部件應(yīng)有良好的潤滑。特別是導(dǎo)軌、絲桿、螺母與軸孔部分，應(yīng)用T5精密儀表油潤滑。

4、使用時，各調(diào)整部位用力要適當，不要強旋、硬扳。

5、導(dǎo)軌面絲桿應(yīng)防止劃傷、銹蝕，用畢后，仍保持不失油狀態(tài)。

6、 經(jīng)過精密調(diào)整的儀器部件上的螺絲，都涂有紅漆，不要擅自轉(zhuǎn)動。

激光具有高強度、高度方向性、空間同調(diào)性、窄帶寬和高度單色性等優(yōu)點。目前常用來測量長度的干涉儀，主要是以邁克爾遜干涉儀為主，并以穩(wěn)頻氦氖激光為光源，構(gòu)成一個具有干涉作用的測量系統(tǒng)。激光干涉儀可配合各種折射鏡、反射鏡等來作線性位置、速度、角度、真平度、真直度、平行度和垂直度等測量工作，并可作為精密工具機或測量儀器的校正工作。

英文名稱：laser interferometer（激光干涉儀）

激光干涉儀有單頻的和雙頻的兩種。

從激光器發(fā)出的光束，經(jīng)擴束準直后由分光鏡分為兩路，并分別從固定反射鏡和可動反射鏡反射回來會合在分光鏡上而產(chǎn)生干涉條紋。當可動反射鏡移動時，干涉條紋的光強變化由接受器中的光電轉(zhuǎn)換元件和電子線路等轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，經(jīng)整形、放大后輸入可逆計數(shù)器計算出總脈沖數(shù)，再由電子計算機按計算式[356-11]式中λ為 激光波長(N 為電脈沖總數(shù))，算出可動反射鏡的位移量L。使用單頻激光干涉儀時，要求周圍大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)，各種空氣湍流都會引起直流電平變化而影響測量結(jié)果。

激光干涉儀在氦氖激光器上，加上一個約0.03特斯拉的軸向磁場。由于塞曼分裂效應(yīng)和頻率牽引效應(yīng), 激光器產(chǎn)生1和2兩個不同頻率的左旋和右旋圓偏振光。經(jīng)1/4波片后成為兩個互相垂直的線偏振光,再經(jīng)分光鏡分為兩路。一路經(jīng)偏振片1后成為含有頻率為f1-f2的參考光束。另一路經(jīng)偏振分光鏡后又分為兩路：一路成為僅含有f1的光束,另一路成為僅含有f2的光束。當可動反射鏡移動時,含有f2的光束經(jīng)可動反射鏡反射后成為含有f2 ±Δf的光束，Δf是可動反射鏡移動時因多普勒效應(yīng)產(chǎn)生的附加頻率,正負號表示移動方向(多普勒效應(yīng)是奧地利人C.J.多普勒提出的，即波的頻率在波源或接受器運動時會產(chǎn)生變化)。這路光束和由固定反射鏡反射回來僅含有f1的光的光束經(jīng)偏振片2后會合成為f1-(f2±Δf）的測量光束。測量光束和上述參考光束經(jīng)各自的光電轉(zhuǎn)換元件、放大器、整形器后進入減法器相減,輸出成為僅含有±Δf的電脈沖信號。經(jīng)可逆計數(shù)器計數(shù)后，由電子計算機進行當量換算（乘 1/2激光波長）后即可得出可動反射鏡的位移量。雙頻激光干涉儀是應(yīng)用頻率變化來測量位移的，這種位移信息載于f1和f2的頻差上，對由光強變化引起的直流電平變化不敏感，所以抗干擾能力強。它常用于檢定測長機、三坐標測量機、光刻機和加工中心等的坐標精度，也可用作測長機、高精度三坐標測量機等的測量系統(tǒng)。利用相應(yīng)附件，還可進行高精度直線度測量、平面度測量和小角度測量。

1、干涉環(huán)不圓正

原 因：

（1）分光板膜層面反向。

（2）兩組出射光瞳錯位。

（3）分光板、補償板、移動鏡及參考鏡有壓應(yīng)力。

檢修方法：分光板膜層應(yīng)是入射光的第二面，如裝在第一面，則調(diào)出的等傾干圓涉環(huán)是直的橢圓形干涉環(huán)，可旋松分光板的三只寬頭螺釘，取出分光 板，反過180°重新裝入金屬框內(nèi)，把三只寬頭螺釘旋到原來的壓緊力。分光板調(diào)整請參考故障檢修方法。分光板，補償板的寬頭螺釘，移動鏡及參考鏡的調(diào)節(jié)滾花螺釘壓緊 力過大，使各鏡片逐步變形產(chǎn)生等傾干涉圓環(huán)不規(guī)則，適當放松過緊的 螺釘即可消除。

2、讀數(shù)空位大于 0.03mm

原 因：

（1）傳動螺母和絲桿的配合間隙大。

（2）拖板體下面的頂塊間隙偏大。

（3）檔板與導(dǎo)軌配合過松。

檢修方法：可先調(diào)整頂塊間隙，拖板體在工作狀態(tài)下旋松頂塊螺釘，左手大拇 指將拖板體向讀數(shù)頭方向輕推，中指壓緊頂塊，然后固緊頂塊螺釘。如果仍未達到要求，調(diào)整檔板與導(dǎo)軌的間隙達 0.02mm，再調(diào)節(jié)傳動螺母上 的兩只螺釘（老產(chǎn)品有四只）。

3、 轉(zhuǎn)動粗動手輪時拖板不走。

原 因：

（1）儀器受強烈沖擊后，絲桿向尾架方向脫出，造成讀數(shù)頭嚙合齒輪錯位。

（2） 傳動小齒輪固緊螺母松動， 造成傳動小齒輪與絲桿打滑。

（3）大齒輪及粗動手輪的壓緊螺母松動。

檢修方法：首先檢查粗動手輪壓緊螺母，然后檢查精密絲桿是否向尾架方向脫出，如已脫出，可松動尾架三只螺釘，一面將絲桿推向讀數(shù)頭，一面慢慢轉(zhuǎn)動粗動手輪，最后旋緊尾架三只螺釘，如果是小齒輪固緊螺母和大齒輪固緊螺母松動，先拆去傳動盒蓋，再拆下門字架，固緊螺母，重新依次裝配即可。

4、轉(zhuǎn)動微動手輪時拖板不走。

原 因：

（1）傳動小齒輪壓緊螺母松，使盆形彈簧片無壓緊力，造成 蝸輪空轉(zhuǎn)。

（2）粗微動有脫開機構(gòu)的干涉儀，蝸桿壓緊彈簧片失靈。

（3）微動手輪壓緊螺母松。

檢修方法：先檢查微動手輪的壓緊螺母。然后打開傳動盒蓋，取下門字架，旋緊傳動小齒輪壓緊螺母，使盆形彈簧片壓緊蝸輪，此時轉(zhuǎn)動蝸輪應(yīng)帶動精密絲桿，依次裝好拆下的另件。 如果是脫開機構(gòu)，應(yīng)檢查蝸桿拖板是否已被壓死。如被壓死，可拆 下左右壓塊，清洗、上油（7101 油脂）重新裝配即可，如蝸桿拖板較松，說明蝸桿拖板的彈簧壓力減小，（1）可拆下彈簧改小 R 增加彈性。（2）調(diào)換彈簧片。

5、轉(zhuǎn)動粗動手輪時，等傾干涉環(huán)從中心向外漂移。

原 因：入射的光源不垂直于移動鏡。

檢修方法：此種現(xiàn)象，并非儀器故障，主要是入射的光源不垂直于移動鏡，因多數(shù)易誤解為導(dǎo)軌直線性不好所致，故亦在此說明。首先調(diào)整干涉儀三只底腳調(diào)平螺釘，使儀器基本按放水平，然后調(diào)整光源，使擴束激光充滿固定鏡，將移動鏡調(diào)至零光程附近，轉(zhuǎn)動粗動手輪調(diào)等傾直條紋，說明擴束激光基本垂直于移動鏡，此時轉(zhuǎn)動粗動手輪出現(xiàn)的干涉圓環(huán)就不 會漂移。

6、白光干涉條紋不對稱。

原 因：

（1）受運輸沖擊或使用過程中碰過分光板和補償板兩板平行 度已被破壞。

檢修方法：調(diào)整分光板與補償板的平行性，在沒有自準直儀時，可通過兩板同時觀察室內(nèi)目標物。如日光燈，調(diào)節(jié)兩板上的寬頭螺釘，使雙象基本重合，這時調(diào)出的白光彩色條紋可達到基本對稱，如仍有不對稱現(xiàn)象，可調(diào)節(jié)補償板的三只寬頭螺釘達到完全對稱。

7、 波長測定值偏長。

原 因：

（1）拖板體測面彈簧片壓力太緊。

（2）檔板與導(dǎo)軌配合過緊。

（3）導(dǎo)軌面潤滑油脂太厚。

（4）蝸輪稍有打滑。

（5）絲桿尾架壓緊力偏小。

檢修方法：先檢查拖板體測面的彈簧片是否太緊，如太緊可將彈簧變形減少壓力的辦法解決。第二取下拖板體，檢查開合螺母上的檔板與導(dǎo)軌面的配合是否過緊，如過緊可調(diào)整檔板，旋松兩只螺釘，提高檔板與導(dǎo)軌接觸 處墊入 0.02mm 厚的錫片，放下檔板，固緊螺釘，拿掉錫片。第三導(dǎo)軌如加上厚的油脂，會使拖板增加阻尼或厚的油脂上帶有雜質(zhì)，會使拖板不 按導(dǎo)軌直線移動。應(yīng)清洗后重新上油。第四檢查尾架內(nèi)的彈簧，如壓緊 力偏小，可把滾花螺套旋出，將彈簧拉長即可。如遇蝸輪稍有打滑，檢修時必須小心拆裝，先拆下傳動盒蓋，拆下門字架，取下小鋼球，旋下小齒輪壓緊螺母，用專用夾具取下讀數(shù)盤， 平面軸承，盆形彈簧片、蝸輪等。在汽油中清洗、烘干，重新涂硬性潤滑油脂（杭光 3#或 7107 油脂），重新裝配時可在平面軸承與讀數(shù)盤之間 加 0.2mm 的金屬墊片，手感磨擦力有所增加后，依次重新裝配，再進行測量檢查。

1、激光干涉儀可以同時測量線性定位誤差、直線度誤差(雙軸)、偏擺角、俯仰角和滾動角等，以及測量速度、加速度、振動等參數(shù)，并評估機床動態(tài)特性等。

2、激光干涉儀的光源——激光，具有高強度、高度方向性、空間同調(diào)性、窄帶寬和高度單色性等優(yōu)點。

3、激光干涉儀可配合各種折射鏡、反射鏡等來使用。

4、儀器應(yīng)放置在干燥、清潔以及無振動的環(huán)境中應(yīng)用。

5、在移動儀器時，為防止導(dǎo)軌變形，應(yīng)托住底座再進行移動。

6、儀器的光學(xué)零件在不用時，應(yīng)在清潔干燥的器皿中進行存放，以防止發(fā)霉。

7、盡量不要去擦拭儀器的反光鏡、分光鏡等，如必須擦拭則應(yīng)當小心擦拭，利用科學(xué)的方法進行清潔。

8、導(dǎo)軌、絲桿、螺母與軸孔部分等傳動部件，應(yīng)當保持良好的潤滑。因此必要時要使用精密儀表油潤滑。

9、在使用時應(yīng)避免強旋、硬扳等情況，合理恰當?shù)恼{(diào)整部件。

10、避免劃傷或腐蝕導(dǎo)軌面絲桿，保持其不失油。

1. 同時測量線性定位誤差、直線度誤差（雙軸）、偏擺角、俯仰角和滾動角

2. 設(shè)計用于安裝在機床主軸上的5D/6D傳感器

3. 可選的無線遙控傳感器最長的控制距離可到25米

4. 可測量速度、加速度、振動等參數(shù)，并評估機床動態(tài)特性

5. 全套系統(tǒng)重量僅15公斤，設(shè)計緊湊、體積小，測量機床時不需三角架

6. 集成干涉鏡與激光器于一體，簡化了調(diào)整步驟，減少了調(diào)整時間

干涉儀的應(yīng)用極為廣泛，主要有如下幾方面：

在雙光束干涉儀中，若介質(zhì)折射率均勻且保持恒定，則干涉條紋的移動是由兩相干光幾何路程之差發(fā)生變化所造成，根據(jù)條紋的移動數(shù)可進行長度的精確比較或絕對測量。邁克耳孫干涉儀和法布里-珀羅干涉儀曾被用來以鎘紅譜線的波長表示國際米。

兩光束的幾何路程保持不變，介質(zhì)折射率變化也可導(dǎo)致光程差的改變，從而引起條紋移動。瑞利干涉儀就是通過條紋移動來對折射率進行相對測量的典型干涉儀。應(yīng)用于風(fēng)洞的馬赫-秦特干涉儀被用來對氣流折射率的變化進行實時觀察。

任何一個以波長為單位測量標準米尺的方法也就是以標準米尺為單位來測量波長的方法。以國際米為標準，利用干涉儀可精確測定光波波長。法布里-珀羅干涉儀（標準具）曾被用來確定波長的初級標準（鎘紅譜線波長）和幾個次級波長標準，從而通過比較法確定其他光譜線的波長。

泰曼干涉儀被普遍用來檢驗平板、棱鏡和透鏡等光學(xué)元件的質(zhì)量。在泰曼干涉儀的一個光路中放置待檢查的平板或棱鏡，平板或棱鏡的折射率或幾何尺寸的任何不均勻性必將反映到干涉圖樣上。若在光路中放置透鏡，可根據(jù)干涉圖樣了解由透鏡造成的波面畸變，從而評估透鏡的波像差。

用作高分辨率光譜儀。法布里-珀羅干涉儀等多光束干涉儀具有很尖銳的干涉極大，因而有極高的光譜分辨率，常用作光譜的精細結(jié)構(gòu)和超精細結(jié)構(gòu)分析。

歷史上的作用。19世紀的波動論者認為光波或電磁波必須在彈性介質(zhì)中才得以傳播，這種假想的彈性介質(zhì)稱為以太。人們做了一系列實驗來驗證以太的存在并探求其屬性。以干涉原理為基礎(chǔ)的實驗最為精確，其中最有名的是菲佐實驗和邁克耳孫-莫雷實驗。1851年，A.H.L.菲佐用特別設(shè)計的干涉儀做了關(guān)于運動介質(zhì)中的光速的實驗，以驗明運動介質(zhì)是否曳引以太。1887年，A.A.邁克耳孫和E.W.莫雷合作利用邁克耳孫干涉儀試圖檢測地球相對絕對靜止的以太的運動。對以太的研究為A.愛因斯坦的狹義相對論提供了佐證。

5D/6D標準型：

1. 線性：0.5ppm .

2. 測量范圍：40米（1D可選80米）

3. 線性分辨力：0.001um.

4. 偏擺角和俯仰角的精度：（1.0+0.1/m）角秒或1%顯示較大值

5. 最大范圍：800角秒

6. 滾動角精度：1.0角秒

7. 直線度精度：（1.0+0.2/m）um或1%顯示較大值

8. 直線度最大范圍：500um

9. 垂直度精度：1角秒

10. 溫度精度：0.2攝氏度

11.濕度精度：5%

12.壓力精度：1mmHg

隨著20世紀60年代初激光的出現(xiàn)，幾何量計量技術(shù)的發(fā)展步入了嶄新的時期。雙頻激光干涉儀正是利用激光具有頻率穩(wěn)定、單色性好等優(yōu)點，在幾何量計量領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。雙頻激光干涉儀具有精度高、應(yīng)用范圍廣、環(huán)境適應(yīng)能力強、實時動態(tài)測速高等一系列無可比擬的優(yōu)勢，成為幾何量計量活動的生力軍。相比于激光干涉儀，現(xiàn)代雙頻激光干涉儀擺脫了計量室的束縛，在越來越廣闊的工程測量領(lǐng)域大顯身手。因此，雙頻激光干涉的發(fā)明對計量事業(yè)的發(fā)展乃至整個科學(xué)事業(yè)的發(fā)展有著舉足輕重的作用。本文根據(jù)雙頻激光干涉儀應(yīng)用領(lǐng)域的最新發(fā)展，對雙頻激光干涉儀的應(yīng)用進行了簡要的總結(jié)。

雙頻激光干涉儀的發(fā)明把幾何量計量發(fā)展推向了又一個高峰，雙頻激光干涉儀是目前精度最高、量程最大的長度計量儀器，以其良好的性能、在很多場合，特別是在大長度與大位移的精密測量中得到廣泛應(yīng)用。就長度計量而言，通常將200m以上的測量稱為距離測量（Distance Measurement），3m以下的稱為一般長度測量，3~200m之間的測量稱為大尺寸測量(Large Dimension Measurement)[1]。雙頻激光干涉儀在一般長度精密測量中多有使用。雙頻激光干涉儀可以在恒溫，恒濕，防震的計量室內(nèi)檢定量塊，量桿，刻尺和坐標測量機等，也可以在普通車間內(nèi)為大型機床的刻度進行標定，既可以對幾十米的大量程進行精密測量，也可以對手表零件等微小運動進行精密測量，既可以對幾何量如長度、角度．直線度、平行度、平面度、垂直度等進行測量，也可以用于特殊場合，諸如半導(dǎo)體光刻技術(shù)的微定位和計算機存儲器上記錄槽間距的測量等等。不僅在單純的長度計量領(lǐng)域，在其他工程技術(shù)領(lǐng)域，雙頻激光干涉儀的應(yīng)用也越來越廣泛，不乏一些很有創(chuàng)見的應(yīng)用。關(guān)于雙頻激光干涉儀在解決某個工程測量問題的研究已經(jīng)有非常多的成功案例，以雙頻激光干涉儀為關(guān)鍵詞的學(xué)術(shù)論文不勝枚舉，對雙頻激光干涉儀的應(yīng)用，國內(nèi)外很多學(xué)者常常有很獨到的理解。雙頻激光干涉儀的應(yīng)用也不斷發(fā)展更新，所以，有必要對它的應(yīng)用做一些有益的總結(jié)，使人們更好的理解雙頻激光干涉儀的應(yīng)用，為推動生產(chǎn)發(fā)展提供一些理論依據(jù)。

1、 雙頻激光干涉儀原理

雙頻激光干涉儀的原理是建立在塞曼效應(yīng)、牽引效應(yīng)和多普勒效應(yīng)的基礎(chǔ)之上的。其原理如圖2所示，在全內(nèi)腔He-Ne激光器上加約0.03T的軸向磁場，由于塞曼效應(yīng)和牽引效應(yīng)，發(fā)出一束含有兩個不同頻率的左旋和右旋圓偏振光，它們的頻率差大約是1.5MHz左右。這束光經(jīng)1/4波片之后成為兩個互相垂直的線偏振光，再經(jīng)平行光管準直和擴束。從平行光管出來的這束光經(jīng)過析光鏡反射出一小部分作為參考光束通過45°放置的檢偏器。并由馬呂斯定律可知，兩個垂直方向的線偏振光在45°方向上投影，形成新的線偏振光并產(chǎn)生拍頻。這個拍頻頻率恰好等于激光器所發(fā)出的兩個光頻的差值即（f1-f2），約為1.5MHz。經(jīng)光電元件接受進入前置放大器和計算機。另一部分透過析光鏡沿院方向射向偏振分光棱鏡?；ハ啻怪钡木€偏振光f1和f2被分開。f2射向參考立體直角錐棱鏡后返回，f1透過偏振分光棱鏡到立體直角錐棱鏡——測量棱鏡，這時如果它以速度v運動，那么f1的返回光便有了變化成為（f1±Δf）。這束光返回后重新通過偏振分光棱鏡并與f2的返回光會合，然后到45°放置的檢偏器上產(chǎn)生拍頻被光電元件接收，進入前置放大器和計算機。計算機對兩路信號進行比較，計算它們之間的差值±Δf（即多普勒頻差）。進而可以根據(jù)立體直角棱鏡移動度數(shù)和時間求得被測長度。

雙頻激光干涉儀中，雙頻起到了調(diào)頻的作用，被測信號只是疊加在這一調(diào)頻副載波上，這副載波與被測信號一起均被接收并轉(zhuǎn)換成電信號。

2、雙頻激光干涉儀在大尺寸測量中的應(yīng)用

雙頻激光干涉儀是精度最高、可靠性非常好的儀器，是高精度大尺寸測量中優(yōu)先考慮的測量手段。

（1）雙頻激光干涉儀測量大尺寸軸徑

雙頻激光干涉儀是一種增量式測長儀。在時間t內(nèi)，被測長度對應(yīng)的多普勒頻差為計數(shù)器記得的脈沖數(shù)K。計數(shù)器計脈沖數(shù)時，需要有信號控制計數(shù)器開始計數(shù)和停止計數(shù)，此信號由準直系統(tǒng)提供。當準直系統(tǒng)對準被測軸徑的測量起點時，發(fā)出一個開始計數(shù)信號；當準直系統(tǒng)對準被測的測量終點時，發(fā)出一個停止計數(shù)信號，計數(shù)器停止計數(shù)。所以準直系統(tǒng)對準的精度直接影響測量系統(tǒng)準確度。激光準直的工作原理為，由氦氖激光器發(fā)射出激光，經(jīng)過前端望遠鏡系統(tǒng)后，發(fā)射是出一束激光束作為系統(tǒng)準直的基準，光電目標靶為準直系統(tǒng)的接收裝置，常用的是硅光電探測器。

3、雙頻激光干涉儀在數(shù)控車床檢定中的應(yīng)用

雙頻激光干涉儀與不同光學(xué)附件結(jié)合,可以測量距離、直線度、垂直度、平行度、平面度。由于儀器為模塊化結(jié)構(gòu),安裝位置靈活,便于分析機床誤差來源;而且測量時可以在工作部件運動過程中自動采集數(shù)據(jù),更接近機床的實際使用狀態(tài)。與傳統(tǒng)的檢定方法相比,激光干涉儀具有較高的精度和效率,并能及時處理數(shù)據(jù),為機床誤差修正提供依據(jù)。因此,用雙頻激光干涉儀檢測機床各項誤差是一種用傳統(tǒng)測量手段難以實現(xiàn)的的技術(shù)。位置精度是機床的重要指標,目前世界各國機床檢定標準中都推薦使用激光干涉儀進行該項精度的檢定。用雙頻激光干涉儀檢定位置精度使用長度干涉儀和測量反射鏡,測量時將長度干涉儀置于不動位置,反射器安裝在運動部件上(也可相反) 。雙頻激光干涉儀在數(shù)控機床檢定上的應(yīng)用，即是對其各項形位誤差的檢定，在此不予贅述。