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激光干涉儀是精度最高的線性位移測量儀器，其光波可以直接對米進(jìn)行定義,，可溯源至國家標(biāo)準(zhǔn),。但是我們在使用中往往會出現(xiàn)檢測偏離值，偏離我們的預(yù)估,，以至于在高精度檢測時,，對設(shè)備產(chǎn)生懷疑。今天我們來扒一扒引起激光干涉儀測量誤差的部分原因,。 1,、 阿貝誤差 因測量光學(xué)鏡組的安裝高度不在被測設(shè)備的運動軸上引起的測量誤差稱之為阿貝誤差。產(chǎn)生的原因是設(shè)備移動時存在俯仰,、扭擺差,，因此光學(xué)鏡組與運動軸偏置距離越遠(yuǎn)，引起的阿貝誤差越大,。 8 k T, l6 j1 t5 B9 ]
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角度,、偏置距離引起的誤差表（單位：um） 9 S4 G" I# ^; \' i
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上表可得：角度1″在500mm偏置距離下引起的誤差大約是2.40um。 來個實際案例：以檢測機(jī)床時不同安裝高度為具體說明,。 線性鏡組安裝距工作臺10cm：
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線性鏡組安裝距工作臺30cm 4 X9 I6 v7 @2 M( r. o8 T
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線性鏡組安裝距工作臺50cm X% ~8 S. U; L0 S/ ~
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J5 r, B$ g9 }$ N 實驗結(jié)果：按GB/T17421.2《機(jī)床檢驗通則》2000版分析標(biāo)準(zhǔn)得出結(jié)果,，鏡組安裝高度偏離設(shè)備運動軸線越遠(yuǎn)，檢測結(jié)果中重復(fù)精度以及定位精度就越差,。 + A2 ^9 `0 l9 K* a
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" ^2 P# Z8 e3 d9 C0 D: t- U5 n, A 正確方式：設(shè)備校準(zhǔn)時線性鏡組的安裝高度應(yīng)該盡量靠近被測軸,，使激光光束與運動軸重合（或盡量靠近），減小阿貝誤差。 擴(kuò)展：SJ6000激光干涉儀用戶在進(jìn)行兩臺同類設(shè)備定位精度的對比時,，應(yīng)該進(jìn)行同軸比對,，即共用線性鏡組，這樣才具有可比性,。 2,、 環(huán)境因素 環(huán)境補償單元能準(zhǔn)確采集空氣溫度、壓力,、相對濕度信息,，基于Edlen公式計算空氣折射率，以此對激光波長進(jìn)行補償,。 1000mm示值因環(huán)境溫度,、壓力、空氣濕度各自變化引起的示值變化量（單位：um）
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同時環(huán)境補償單元中材料溫度探頭能實時高精度測量被測設(shè)備溫度,，對其進(jìn)行溫度補償,。但是往往因為操作人員將材料溫度探頭放置在錯誤的位置，致使采集的數(shù)據(jù)不能真實反映被測物體溫度狀態(tài),，從而增大測量誤差,。 上圖為在測長機(jī)上架設(shè)激光干涉儀用于檢測量塊的實際案例 設(shè)備安裝在樓層地下室，有良好的溫度風(fēng)流控制,，有效處理了環(huán)境的震動問題,、氣流擾動問題。測量時因把材料溫度探頭以“錯誤方式”放置在擺放電腦的鐵架上,，材料溫度探頭采集了非真實的被測物溫度信息,，致使300mm量塊檢測數(shù)據(jù)超差。 把材料溫度探頭以“正確方式”放置在被測量塊周邊,，并給予充分的恒溫時間,，測量結(jié)果趨于中國計量院的校準(zhǔn)值。 正確方式：在線性測量中,，需要開啟環(huán)境補償單元,，并正確設(shè)置補償材料的種類，放置材料溫度探頭的位置,。在高精度的測量中,，需要給予環(huán)境補償單元以及被測物充分的恒溫時間。 3,、 余弦誤差 激光束路徑與被測軸之間存在的任何未準(zhǔn)直都會造成測得的距離和實際的運動距離之間有差異,，此誤差被稱為余弦誤差。 當(dāng)激光測量系統(tǒng)與運動軸未準(zhǔn)直時,，余弦誤差會使得測量的距離比實際距離要短,。隨著未準(zhǔn)直角度的增加,，誤差也跟著顯著增加，如下表所示： 4 J8 O6 E! g2 e1 D. k
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處理方法：若激光測量出現(xiàn)余弦誤差,，則激光讀數(shù)將會小于原本應(yīng)有的數(shù)值,。因此，通過“輕微”調(diào)整云臺的俯仰及偏轉(zhuǎn)旋鈕直到取得最大的激光讀數(shù),，將能消除軸上的余弦誤差。 4,、 死程誤差 死程誤差是在線性測量過程中與環(huán)境因素改變有關(guān)的誤差,，在正常狀況下，死程誤差并不大,，而且只會發(fā)生在定標(biāo)后以及測量過程中的環(huán)境改變,。 當(dāng)測量時系統(tǒng)定標(biāo)為L1，若干涉鏡及反射鏡之間沒有動作,，且激光束四周的環(huán)境狀況有所改變,，整個路徑(LI+L2)的波長（空氣中）都會改變，但激光測量系統(tǒng)只會對L2距離進(jìn)行補償,。 因此,，死程測量誤差會由于光束路徑L1沒有獲得補償而產(chǎn)生。 處理方法：在設(shè)定定標(biāo)位置時,，固定反射鏡和移動鏡組應(yīng)盡量彼此鄰接,，以此減小死程誤差。 5,、 鏡組的安裝細(xì)節(jié) ■ 將鏡組固定牢靠 為了最小化振動作用并加強測量穩(wěn)定性,，鏡組應(yīng)牢靠固定到所需的測量點上；磁力表座應(yīng)直接吸住機(jī)床底座,，避免吸裝在機(jī)床護(hù)罩或機(jī)床蓋等較薄弱的部分,；確保吸裝的表面平坦且沒有雜質(zhì)。 6,、 正確使用精度 上圖是中國計量科學(xué)研究院檢測SJ6000激光干涉儀線性位移的數(shù)據(jù),，這表明SJ6000激光干涉儀在正確的安裝手段、正確的環(huán)境補償,、穩(wěn)定的測量環(huán)境下即使70米距離都能滿足0.1Lum（L測量長度,，單位：m）精度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)備的線性標(biāo)稱精度0.5Lum（L測量長度,，單位：m）,。 | 
發(fā)表于 2017-6-30 17:19:03
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