干涉法测量直线度的原理分析.pdf

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1、2015年第49卷No．5101干涉法测量直线度的原理分析羡一民，刘洋成都工具研究所有限公司摘要：分析了激光直线度干涉仪的原理，阐述了在激光直线度干涉仪中用Wollaston棱镜作为感知元件的合理性，证明了系统对光束漂移有自适应性，能够实时消除漂移误差，有较强的抗干扰性。关键词：直线度；激光干涉仪中图分类号：TG806文献标志码：APrincipleAnalysisofInterferometerforStraightnessMeasurementXianYimin，LiuYangAbstract：Theprincipleofalaseri

2、nterferometerforstraightnessmeasurementisintroduced．ItdemonstratesthataWollastonprismcanbeusedasthesensingcomponentinthelaserinterferometerforstraightnessmeasurement．Thepro—posedsystemhastheself-adaptabilitytothedriftoflaserbeam，andthisdrifterrorcanbeeliminatedinrealtime．A

3、sare-suit，thesystemismorerobusttodisturbance．Keywords：straightness；laserinterferometer1引言2模式A解析⋯在直线度测量方法中，干涉法的测量精度最高，图2为模式A的布局，激光头和Wollaston棱镜而基于激光干涉的直线度测量在测量距离、范围、抗固定，Wollaston棱镜将激光分为和的两束，射干扰等方面都具有明显的优越性。常见的有基于双向双平面反射镜，双平面反射镜置于被测机床工作折射棱镜或光楔分光的方法，一般作为激光干涉仪台，工作台沿方向移动时在y方向的位

4、移即直线的附件广泛用于现场测量。图1为采用双折射棱镜度误差。分光的激光直线度测量系统。双平面反射镜L图1采用双折射分光的直线度测量系统图2直线度测量模式A的布局Wollaston棱镜将激光分为偏振方向相互垂直的光和光，测量时直线度信息承载在两束光的光程差中，系统由激光头、Wollaston棱镜和双平面反射镜三个单元构成，以大地为坐标系，可以组成三种测量模式。模式A：Wollaston棱镜和激光头固定，双平面反射镜作为感知元件；模式B：激光头和双平面反射镜固定，Wollaston棱镜作为感知元件；模式C：Wollaston棱镜和双平面镜固定，

5、激光头作为感知图3直线度测量模式A的原理元件，此模式可演变成激光头固定，Wollaston棱镜图3为直线度测量模式A的原理图，双平面镜和双平面镜合为一体作为感知元件。沿y方向移动△时，单次光程变化8，可表示为6=AsinO(1)式中，0为Wollaston棱镜出射光束夹角的一半。收稿日期：2014年8月双平面反射镜移动△时总光程变化8为102工具技术6=4Asin0(2)I的光轴平行于纸面，棱镜Ⅱ的光轴垂直于纸面，图6表示Wollaston棱镜移动d△时的光束轨迹，图中dA=(3)叶l11(7显示了各光学界面的入射角和折射角，和为偏式中，d

6、A表示在模式A中的直线度分辨率，为干振方向相互垂直的入射光。涉仪长度测量分辨率。三一-模式A测量直线度时，双平面反射镜的分角线IIl是测量的基准，当双平面反射镜在移动过程中存在j／『7i~=o倾斜时，测量基准倾斜，引入较大的测量误差。／～＼is4=0a＼，，，＼＼s4=0图4显示了双平面反射镜倾斜角∞对直线度＼f＼测量的影响，单次光程变化为fa＼I6=StaB{D(4)图6Wolaston棱镜沿Y轴移动Ad时出射光束的变化造成的总光程变化单次通过Wollaston棱镜的光程6为。I=4Stana(5)=s△n。tan：：：n_=e=(_：L

7、：-：：Atana)(6)式中，s为光束在双平面镜的投影点到双平面反射镜中心的距离，由双平面反射镜倾斜产生的光程差。与直线度的光程差6项混合，难以区分，造成测式中，n和n分别为寻常光折射率和非常光折射率。量误差，显然测量距离越远此项误差越大。厂p单次通过Wollaston棱镜的光程6为6s=△netan：：：no：(L==：-：：Atana)(7)由于墨二垒～!二垒0回发射锐杉明cos-arcsinc)]cos-arcsinc)]图4双平面反射镜倾斜角对直线度测量的影响(8)往返通过Wollaston棱镜的总光程差6为3模式B解析6=4At

8、ana(n一n)(9)图5是模式B的布局，激光头和双平面反射镜d△(0)固定，Wollaston棱镜置于被测机床工作台，工作台式中，d△表示在模式B中的直线度分辨率，为干沿方向移