基于激光干涉仪的角度测量技术

一种转台角度测量方法1. 引言转台（也称为平台）角度测量在许多领域有着广泛的应用，包括机械制造、导航、航天等。

准确地测量转台的角度是保证其稳定性和精确导航的重要前提。

本文介绍了一种基于新技术的转台角度测量方法，以提高测量精度和减小测量误差。

2. 传统转台角度测量方法的缺陷分析传统的转台角度测量方法主要有光学角度测量和电子角度测量两种方式。

光学角度测量方法使用旋转编码器或者位置传感器提供转台的绝对位置。

这种方法的精度较高，但受到光照条件和光学系统的限制。

而电子角度测量方法则使用电容、电感或者霍尔元件来测量转台的旋转。

这种方法的精度相对较低，同时还容易受到温度和电磁场的影响。

综合分析传统转台角度测量方法的缺陷，我们需要提出一种新的方法来解决这些问题。

3. 基于激光干涉的转台角度测量方法本文提出了一种基于激光干涉的转台角度测量方法。

该方法利用激光干涉仪来测量转台的角度，具有高精度、抗干扰性好等优点。

3.1 原理激光干涉仪原理是利用激光的干涉现象来测量光程差，从而确定转台角度。

当从激光干涉仪发出的激光在不同路径上经过不同的光程时，光束会发生干涉，干涉条纹的移动可以被利用来计算出转台的旋转角度。

3.2 实施步骤1. 在转台上安装两个激光发射器和两个激光接收器，并使之形成一对垂直的激光干涉仪。

2. 启动激光发射器发出激光，并通过光学系统使之在转台上形成一个干涉区域。

3. 根据激光干涉仪中干涉条纹的位置变化，利用特定的算法计算出转台的角度。

3.3 优势相比于传统的转台角度测量方法，基于激光干涉的方法具有以下优势：- 高精度: 激光干涉仪能够实现亚微米级的测量精度，远高于传统方法。

- 高抗干扰性: 光学信号的特性决定了其对于电磁场和噪声的抗干扰性较强。

同时，激光干涉仪的结构简单，能够较好地适应各种环境。

- 容易集成: 基于激光干涉的转台角度测量方法可以与现有的转台结构紧密结合，方便集成到相应的系统中。

4. 实验验证与结果分析为了验证基于激光干涉的转台角度测量方法的有效性，我们进行了一系列实验，并与传统的光学角度测量方法进行了对比。

激光干涉仪如何测量斜床身车床精度？
斜床身数控车床的两根导轨所在平面则与地平面相交，成一个斜面，角度有30°，45°，60°，75°之分。

斜床身数控车床的床身呈直角三角形。

很明显，在相同导轨宽度的情况下，斜床身的X向拖板比平床身的要长，应用在车床的实际意义是可以安排更多的刀位数。

斜床身数控车床的截面积要比同规格平床身的大，即抗弯曲和抗扭能力更强。

▲斜床身车床
众所周知，数控车床定位精度和重复定位精度都是用激光干涉仪来检测的，但是激光干涉仪的常规光路搭建都是水平或垂直方向，对于这种倾斜导轨如何检测了？
▲斜床身车床定位精度检测实例
SJ6000激光干涉仪静态测量软件可以将线性测量结果生成指定的误差补偿表，该表涵盖了各个测量点的补偿值，运动控制系统制造商允许通过修改指定运动轴的补偿值来消除该运动轴的位置误差，精确的补偿，可以有效地降低运动轴的位置误差。

线性测量中目标位置的数据采集有基于位置的目标采集和基于时间的目标采集两种方式，普遍采用基于位置的目标采集方式，即：被测运动轴需设定若干个等距的定位点，当运动轴移动到设定的定位点时，需设置停留时间，以供SJ6000测量软件进行当前点的数据采集。

基于激光干涉仪的CA6140机床精度测量实验学院：姓名：学号：成绩：一、实验目的与要求1.了解雷尼绍XL-80激光干涉仪的工作原理；2.掌握雷尼绍XL-80激光干涉仪的的使用方法；3.掌握普通机床Z轴定位精度、重复定位精度的测量方法；4.掌握普通机床定位误差数据的处理方法。

二、实验仪器与设备1.雷尼绍XL-80激光干涉仪一台；2.CA6140机床一台。

三、实验原理图1 线性定位精度测量原理图来自XL-80激光头的光束进入线性干涉镜，在此光束被分成两束。

一束光（称为参考光束）被引向装在分光镜上的反射镜，另一束光（测量光束）则穿过分光镜到达第二个反射镜。

然后，两束光都被反射回分光镜，在此它们重新组合并被导回到激光头，激光头内的探测器监测两束光之间的干涉。

一般在线性测量过程中，一个光学组件保持静止不动，另一个光学组件沿线性轴移动。

通过监测测量光束和参考光束之间的光路差异的变化，产生定位精度测量值（注意，它是两个光学组件之间的差异测量值，与XL激光头的位置无关）。

此测量值可以与理想位置比较，获得机床的精度误差。

四、实验步骤图2 定位精度测量示意图1.光路搭建（1）开动机床，在保证激光不被机床碰到的情况下，激光干涉仪应离机床越近越好（便于对光）。

（2）放好支架，大体判断镜子所需架设的高度，然后调整支架至合格位置。

各个活动部件都要锁死。

（3）将激光干涉仪安装至支架，激光干涉仪下有锁扣，扣死。

使用水平仪，通过调整支架使激光干涉仪达到水平状态。

（4）将激光干涉仪各个微调螺母调制中间位置（便于以后微调）。

（5）连接激光干涉仪电源、数据线、数据收集器、传感器、电脑等，打开激光干涉仪电源使激光干涉仪预热，等激光指示灯出现绿色后，表明激光已稳定（正常需5分钟）。

（6）架镜子：遵循干涉镜不动，反射镜随机床动a.将机床擦拭干净并将机床开到合适位置，被测量轴工作台需要开到极限位置（最靠近激光仪的一侧）。

b.先架干涉镜，将干涉镜用安装杆、磁性表座固定在机床不可运动部件或其它固定部件上。

激光测角技术综述：光学测角法由于具有测量准确度高和非接触测量的特点，在角度测量中得到了越来越广泛的应用，而且在某些场合下正在逐渐取代机械式和电磁式测量方法。

本文介绍了几种激光测角技术的原理及发展方向。

正文：根据所测角度的大小，激光测角技术可以分为小角度测量和任意角度测量。

一、激光小角度测量技术1.光学自准直法自准直法就是在光学上使物体和像分别位于共轭平面上。

当物体发生转动时，物体在像面上所成的像点也随之发生移动，以光束投射到被测物体上，通过测量像点的移动量便可以求出物体转动的角度。

如下图所示，以准直激光作为入射光，经扩束后照射到被测物体上，光束被反射后经分束器由透镜2会聚到位置探测光电二极管上，测出物体转动前后反射到位置探测二极管上的光斑位移，根据位移与探测器到被测物间的距离之比，便可得到物体的转动角度。

自准直法原理简单，操作方便、易行。

测量分辨率与透镜2焦距有关，焦距越长分辨率越高，但透镜焦距过长就会产生仪器笨重和所占空间增大的问题；若对场地没有限制或精确度要求不是特别高，应用较为方便，可用于粗调激光谐振腔的平行等。

基于光学自准直法测角仪的测量范围一般都很小，通常在几分至几十分之间，测量可靠性和测量精度也不是很理想。

2.利用光学内反射原理进行小角度测量内反射法小角度测量技术就是利用全反射条件下入射光变化时反射率的变化关系，通过反射率的变化来测量入射角的变化的。

内反射法是由P.S.Huang等人提出来的，基本原理如下图左所示。

用该方法制成的测角仪体积可以做得很小，因此特别适用于较小空间中小角度的在线测量，可以做成抽珍式测角仪。

P.S.Huang等人还在此基础上制成了多次反射型临界角角度传感器，用加长的临界角棱镜代替图3的直角棱镜以增加反射次数，如下图右所示。

该仪器结构简单，成本低。

但其测量范围也很小，因此只能用于小角度测量，3弧分范围内分辨力为0．02弧秒。

台湾的Ming Hongchin等人在此原理的基础上，提出了全内反射外差干涉测角方法。

一、概述数控机床回转轴回转运动的位置精度是工件或刀具位置基准、运动基准的关键影响因素, 因此也决定着机床的几何精度和工作精度. 而回转轴回转运动的位置精度主要用其转动定位精度和重复定位精度来评价, 传统上主要使用电子测微计, 准直仪等工具来检测, 电子测微计分辨率为0. l~ 0. 01 lm,需要与其它传感器共同组成测量系统, 准直仪精度虽可达0. 01 s, 但测量量程很小, 且二者相对于激光干涉仪( 分辨率为0. 001 lm) 都存在精度低, 受环境温度影响大, 检验重复性差等缺点, 难以反映受检机床的真正精度. 在国际标准中激光干涉仪是唯一公认的进行数控机床精度检定的仪器。

二、测量原理利用SJ6000激光干涉仪的角度测量附件，结合高精密零级多齿分度台，便可以对回转轴进行校准。

高精度零级多齿分度台可以旋转并锁定到0°到360°中72个位置中的任何一个，每个位置的间隔为5°，定位误差在1″。

用激光头、角度干涉镜和角度反射镜测量转台的角度位置。

软件将转台的角度位置与来自激光头和角度光学镜的读数合并在一起，显示被校准轴的真实转角位置。

三、测量方法1.SJ6000基准回转分度器常用术语A面：由分度器马达驱动的那一面，也是安装角度反射镜的面。

B面：永久地固定在分度器壳体上的那一面，也是安装被测量回转轴的面。

基准位置：当分度器圆柱体上的红点与A面上的红点对准且分度器处于锁定状态时，即分度器处于基准位置。

锁定与解除状态时：当分度气圆柱体与A面之间没有间隙时，分度器被锁定，即软件采集数据状态；当分度器从锁定状态切换到解除锁定状态时，A面与分度器主体脱离，A面向上移动约2.5mm，随着被测量回转轴的转动，A面通过分度器的Hirth轴，以每5°为一节反向回转到被测量回转轴所转动的基准位置。

以确保激光光束能够返回到激光头探测孔里面。

2.测量采用SJ6000回转轴精度测量软件以及相配套的基准回转分度器，把角度反射镜安装在基准回转分度器顶板（A面）上，再将基准回转分度器安装在被测量回转轴上，角度折射镜安装在机床比较合适的位置上（尽可能靠近基准回转分度器），然后调试激光干涉仪与角度折射镜和角度反射镜之间的光路准直，并确保基准回转分度器，在锁定与解除锁定状态下以及两个终端目标位置之间切换时，光路强度信号在测量范围之内。

光学变形角测试光学变形角测试是一种常用的光学测试方法，用于测量光学元件或光学系统在光照射下的变形情况。

通过测量变形角可以评估光学元件的质量，并为光学系统的设计和优化提供参考。

光学变形角是指光学元件或光学系统在光照射下受到的形变角度。

光学元件在制造过程中可能会存在各种缺陷或变形，如表面平整度差、形状偏差等。

而光学系统在实际应用中也会受到温度、压力等因素的影响而发生变形。

这些变形会导致光学系统的成像质量下降或者功能失效。

光学变形角测试主要通过使用干涉仪原理来进行。

干涉仪是一种利用光的干涉现象进行测量的仪器。

在光学变形角测试中，通常使用的是激光干涉仪。

激光干涉仪利用激光光源的特性，通过光的干涉现象来测量光学元件或光学系统的变形角度。

在光学变形角测试中，首先需要将被测试的光学元件或光学系统放置在光源的照射下。

然后，激光干涉仪将激光光源发出的光束分成两束，一束经过参考光路，另一束经过测试光路。

两束光线再次汇聚在一起形成干涉条纹。

通过观察干涉条纹的变化，可以得到光学元件或光学系统的变形角度。

光学变形角测试可以应用于各种光学元件和光学系统的质量检测和性能评估。

例如，在光学镜片的制造过程中，通过测量光学镜片的变形角可以评估其表面质量、形状精度等指标。

在光学系统的设计和优化中，也可以利用光学变形角测试来评估光学系统的稳定性和抗振动性能。

光学变形角测试技术的应用范围非常广泛。

在光学元件和光学系统的制造、装配和调试过程中，光学变形角测试可以帮助工程师们及时发现和解决问题，提高产品的质量和性能。

同时，光学变形角测试也可以用于科研领域的光学实验和光学测量，为科学研究提供重要的数据支持。

光学变形角测试是一种重要的光学测试方法，可以用于评估光学元件和光学系统的质量和性能。

通过测量光学元件或光学系统在光照射下的变形角度，可以得到它们的形变情况，并为光学系统的设计和优化提供参考。

光学变形角测试技术的应用范围广泛，对于光学产品的制造和科学研究具有重要意义。

高精度激光干涉仪的调试步骤与测量结果分析方法激光干涉仪是一种用于测量光程差的精密仪器，在科研、工业制造和生物医学等领域得到了广泛应用。

高精度激光干涉仪能够实现亚纳米级的测量精度，因此其调试步骤和测量结果分析方法非常关键。

一、激光干涉仪的调试步骤1. 光学路径的校准：激光干涉仪中最重要的部分是干涉仪的光路。

首先要保证光源的稳定性和亮度，通常使用氦氖激光器作为光源，并使用聚焦透镜获得平行光。

然后要调整两束光线的平行度，使用准直器或像差调节器进行调整。

最后，通过调整反射镜和平行板的位置，使两束光线相互平行，保证光束之间的光程差为零。

2. 干涉图案的调试：将两束光线合并后，会出现一条干涉条纹。

通过调节平行板的角度或物镜的位置，可以调整干涉条纹的间距和亮度。

要使条纹清晰且对称，可以适当调整反射镜的位置。

3. 线性度和非线性度的校准：利用参考杆来测试激光干涉仪的线性度和非线性度。

将参考杆平行放置在干涉仪的测量平台上，测量不同位置处光程差与参考杆长度的关系。

通过分析这些数据，可以得到激光干涉仪的线性度和非线性度，并进行校准。

4. 测量系统误差的校正：激光干涉仪在实际测量中可能存在系统误差，如温度变化、机械振动等。

通过在实验中引入补偿措施，可以对这些误差进行校正。

例如，可以在实验过程中保持温度稳定，使用防振设备减小机械振动对测量的影响。

5. 预处理与信号分析：在测量过程中，激光干涉仪会产生一系列干涉信号。

这些信号需要进行预处理和信号分析，以获得最终的测量结果。

常用的方法包括锁相放大器、频谱分析仪等。

二、测量结果分析方法1. 干涉条纹解析：干涉仪产生的干涉条纹是通过测量光程差得到的。

根据不同的应用需求，可以利用不同的方法对条纹进行解析，如三角法、Fourier变换等。

解析干涉条纹可以得到物体的形貌信息和变形分布等。

2. 测量结果精度评估：对于高精度激光干涉仪的测量结果，需要进行精度评估来判断测量结果的可靠性。

常用的方法包括误差分析、重复性测试和对比实验等。

用激光干涉仪系统进行精确的线性测量最佳操作及实践经验1 简介本文描述的最佳操作步骤及实践经验主要针对使用激光干涉仪校准机床如车床、铣床以及坐标测量机的线性精度。

但是，文中描述的一般原则适用于所有情况。

与激光测量方法相关的其它项目，如角度、平面度、直线度和平行度测量不包括在内，用于实现0.微1米即以下的短距离精度测量的特殊方法（如真空操作）也不包括在内。

微米是极小的距离测量单位。

（1微米比一根头发的1/2还5细。

由于太细，所以肉眼无法看到，接近于传统光学显微镜的极限值）。

可实现微米级及更高分辨率的数显表的广泛使用，为用户提供了令人满意的测量精度。

尽管测量值在小数点后有很多位数，但并不表明都很精确。

（在许多情况下精度比显示的分辨率低10-1倍0）0。

实现1微米的测量分辨率很容易，但要得到1微米的测量精度需要特别注意一些细节。

本文描述了可用于提高激光干涉仪测量精度的方法。

2 光学镜组的位置光学镜的安放应保证其间距变化能够精确地反映待校准机器部件的线性运动，并且不受其它误差的影响。

方法如下：2.1 使Abbe（阿贝）偏置误差降至最低激光测量光束应当与需要校准的准线重合（或尽量靠近）。

例如，要校准车床轴的线性定位精度，应当对测量激光光束进行准直，使之靠近主轴中心线。

（这样可以极大降低机床俯仰或扭摆误差对线性精度校准数据的影响。

2.2 将光学镜组固定牢靠要尽量减小振动影响并提高测量稳定性，光学镜组应牢牢固定所需的测量点上。

安装支柱应尽可能短，所有其它紧固件的横截面都应尽量牢固。

磁力表座应直接夹到机床铸件上。

避免将其夹到横截面较薄的机器防护罩或外盖上。

确保紧固件表面平坦并没有油污和灰尘。

2.3 将光学镜组直接固定在相关的点上材料膨胀补偿通常只应用在与测量激光距离等长的材料路径长度上。

如果测量回路还包括附加的结构，该“材料死程”的任何热膨胀或收缩或因承载而发生的偏斜都将导致测量误差。

为尽量减少此类误差，最好将光学镜组直接固定到所需的测量点上。