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3分钟了解光纤双频激光干涉仪

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位移测量概述


随着智能制造技术的不断深入,检测成为了生产过程中越来越重要的一环,而位移测量是非常重要的一种检测。通常而言,设备的检测精度要达到加工精度的3倍以上,比方说要加工出3 μm的精度,则检测精度至少要1 μm以下,因此位移测量系统成为智能制造设备的关键部件之一。


目前常用的位移测量系统有光栅、容栅、磁栅、激光干涉仪等,其中以激光干涉仪的精度最高,是微纳位移测量的最佳选择。按照技术路线不同,激光干涉仪可分为单频激光干涉仪和双频激光干涉仪;按结构不同,也可分为传统激光干涉仪(空间光传输)和光纤激光干涉仪。


光纤双频激光干涉仪原理及特点


光纤双频激光干涉仪基于激光多普勒原理,采用双频激光外差干涉技术和光纤传输技术,它可测量所有可转换为位移量的物理量,比如位移、振动、速度、加速度、形变等等。


光纤双频激光干涉仪兼具双频激光干涉仪和光纤激光干涉仪的特点:


  • 采用交流放大器,更稳定,抗环境干扰能力更强;
  • 采用高倍电子细分,可达纳米级分辨率;
  • 采用光纤传输,装调更便捷,更容易实现多轴同步测量;
  • 最大测量速度可达5m/s;
  • 具备网口、USB口及ABZ正交编码等输出。

光纤双频激光干涉仪系统构成


光纤双频激光干涉仪通常由控制器、光纤、干涉仪、被测镜、上位机软件等部件组成,如图1所示。


图1 AIF系列光纤微纳位移测量产品


控制器


快3投注平台控制器负责产生波长和能量稳定的双频激光,并通过光纤传输至干涉仪;同时收集从干涉仪返回的带有位移信息的干涉光信号,然后进行光电转换和信号处理。由于采用光纤传输,因此控制器可以放在远离测量区域的地方,既不占用空间,又可有效减少发热对测量精度的影响。


图2 控制器


控制器采用网口和USB口将位移测量结果传输至上位机,为客户提供测量和标定。此外,控制器还可提供ABZ正交编码信号输出给运动控制器,实现运动反馈控制。


干涉仪


干涉仪负责将被测对象的位移信号转换为干涉条纹。根据被测对象的物理量及自由度不同,可以采用不同类型的干涉仪,图3是几种典型的干涉仪。


图3 典型的干涉仪


被测镜


被测镜是指安装在被测对象上的反射镜,包括平面反射镜和棱镜反射镜两种类型,根据不同的干涉仪,搭配专门的被测镜。探针干涉仪不需要反射镜,可直接测量任何表面,实现真正的非接触测量。


上位机软件


上位机根据国家标准对测量的位移数据进行分析、计算和结果显示。软件输出的结果可为机床、精密运动台、精密导轨等提供标定依据。


上位机软件可自动进行余弦误差补偿,消除干涉仪光路安装不良所导致的误差。软件可兼容单轴干涉仪测校和三轴干涉仪测校。


图4是上位机软件界面,图5是计算的结果以图表的形式显示。


图4 上位机软件界面


图5 结果显示表


图6 结果显示图


市场和应用情况


目前生产“双频激光干涉仪”产品的有美国ZYGO公司及Keysight公司,主要应用在超精密光学加工及半导体设备领域;生产“单频激光干涉仪”产品的有英国Renishaw公司,主要应用在机床测校领域。泰州阿法光电科技有限公司将光纤技术和双频干涉仪技术相结合,开发光纤双频激光干涉仪,在保留双频激光干涉仪优越性能的同时,减小了体积,提高了安装便捷性,可应用于超精密运动控制、精密加工、机床测校等领域。


总结


精密位移测量方兴未艾,从技术指标上来讲,其精度已经从微米级跨入纳米级;从市场需求上来讲,实验室已经进入亚微米及纳米级需求阶段,但工业上还处于微米级需求阶段;从产品上来讲,则呈现出磁栅、容栅、光栅、单频干涉仪、双频激光干涉仪、光纤干涉仪等百花齐放的态势。


封面图来源:百度百科


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