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激光多普勒干涉仪在机床测量方面的应用

2013-9-13 来源：作者：科望光学有限公司步海光

激光多普勒干涉仪简称LDDM ( LaserDoppler Displacement Meter ) 是由美国光动公司( OPTODYNE INC) 总裁、激光专家王正平博士于1985 年发明的激光测量仪器, 在仪器设计及测量方法上拥有十多项专利。该仪器经美国NIST 及中国计量科学研究院的多次检定, 各项指标均符合有关要求, 具有良好的性能价格比, 已广泛应用于数控机床、加工中心、三坐标测量机、测长机的检定与校正工作, 深受广大用户的好评。

1 主要工作原理

该仪器利用了多普勒原理来进行测量, 当激光头和靶标反射镜之间产生位移y 产生速度y 产生多普勒频移y 计算频移y 计算位移。

（1）

式中, $f 、$H 分别为频率偏移和相位偏移, $M、$z 分别为反射镜的速度和位移f 是激光频率, c 是光速。当相位传感器测到由反射镜位移所造成的相位变化时, 若位移> KP2(K为激光波长) , 计数器会记录全部的相位变化为

式中, N 是半波长度, U是小于2P 的相位角, 因此总位移$z 可以表示为

微处理器计算读取的相位角, 将其转换成移动量。系统的最小分辨率为最小可测的U, 最大速度由相位传感器及计数器的频宽来决定。

2 仪器主要特点

激光多普勒干涉仪由于和其它干涉仪工作原理上不同, 相比之下具有如下优点:

( 1) 激光头外形尺寸小, 使用中可通过磁性座连接在机床工作台面上, 无需三脚架。整台仪器体积小( 仅为一箱) ,

携带方便;

( 2) 整个激光测量系统仅需激光头和靶标反射镜, 无需分光镜, 所以对光极其方便;

( 3) 测量精度高, 优于微米级;

( 4) 分辨率高, 为0. 01 Lm;

( 5) 测量距离远, 最长测量距离可达200 m;

( 6) 激光功率仅0. 5 mW, 符合安全标准;

( 7) 长短距离测量无需更换光学镜片, 使用方便;

( 8) 响应速度快, 靶标最大移动速度可达3. 6 mPs, 在靶标高速移动采样的情况下分辨率仍可达0. 01 Lm;

( 9) 环境气流对测量的影响小;

( 10) 双光束系列产品在测量位移误差的情况下可同时测量角偏( 直线度) ;

( 11) 双光束系列产品在直线度测量及平面度测量中具有飞行测量功能;

( 12) 由于单光束系列产品激光头小, 且出射光路和接收光路为共用光路,所以可以广泛应用于其它测量。

3 仪器主要功能

仪器按其结构特点可分为单光束系列产品和双光束系列产品。

3. 1 单光束系列产品主要功能

单光束系列产品如MCV_500、MCV_5000, 主要功能有:

( 1) 测量位移误差及补偿功能。

( 2) 配上选购附件LB- 500 可进行激光球杆测量( 二维动态测量) 。

( 3) 配上选购附件SD- 500 可进行三维空间误差测量及补偿功能。三维空间误差测量完全符合ISO230_6 及ASMEB5. 54 标准的要求, 通过分轴步进方式测量机床工作空间的四根对角线, 经过计算机软件分析机床的12 项误差( X 、Y、Z 三轴相互间的垂直度误差, X 、Y 、Z三轴的位移误差, 水平方向的直线度误差、垂直方向的直线度误差) , 并通过计算机软件对误差进行补偿。大量实践证明机床精度在原基础上可提高4~ 6 倍。配上选购附件SQ_500, 可进行直线度测量、垂直度测量和平行度测量。