激光干涉仪在10米测长机导轨直线度检测中的应用

　　1 引言

　　直线度测量是几何量计量领域里最基本的计量项目之一,因而在精密仪器制造与检测、大尺寸测量、大型仪器的安装与定位、军工产品制造等领域中有着广泛的应用。由于激光具有强度高而集中、频率单一相干性高、方向性强且发散性小等优点,因此常被作用为准直光源。利用激光特性制作的双频激光干涉仪与其不同附件结合,可测量直线度、垂直度、平面度等。本文对双频激光干涉仪在测量10光栅测长机导轨的直线度的检测方法进行分析。

　　2 直线度误差的评定方法

　　直线度误差是被测实际线对理想直线的变动量。其测量原理是选择测量基准线作为理想直线,与被测实际直线相比较确定其变动量。实际测量过程中,由于测量基准和评定基准往往不一致,因此常采用两端点连线法、最佳平方逼近法(最小二乘法)和最小区域法的数据处理方法,使测量基准与评定基准一致。

　　对于最小二乘算法,关键是求出n组测点的最小二乘拟合直线Lm,设Lm的方程为:

　　由

　　求出:

　　然后找出直线y=kx+b两侧最远点至该直线纵坐标距离的最大值E_max和最小值E_min,从而求得被测对象的直线度误差f。

　　10m光栅测长机的精度是由其导轨的直线度来保证,即是水平方向和铅直方向(当地重力加速度方向)。利用双频激光干涉仪发出的激光作为光线基准来进行检测,采用最佳平方逼近法进行数据处理,结合动态数据测量进行分析。

　　3 实际测量中的应用

　　将Renishaw双频激光干涉仪XL-80架在10光栅测长机的一端,并调好准直光路。直线度干涉镜紧固在测长机的气浮滑动装置上,直线度反射镜放在远离测长机的平台上,如图1所示导轨水平方向直线度,依据斜坡误差公式计算并消除斜坡误差。

　　式中:Rf—斜率误差;A—起始点处反射镜和干涉镜距离,B—终点处反射镜和干涉镜距离,R0—终点处,最大误差值。

　　10米导轨水平方向直线度测量结果如图2,3。图2是以最佳平方逼近法计算其值约为18.8μm,图3所示是其动态测量结果。动态图不仅模拟出了导轨水平方向整体变化趋势,而且还可看到导轨侧面的最高点和最低点的大致位置所在。与最佳平法逼近法计算直线度相结合,可以形象、直观、准确测得导轨铅直面内水平方向的直线度。

　　10m导轨水平面内铅直方向导轨的直线度,可以用两种方法测量:一种利用分度值为0.001mm/m的电子水平仪和桥板测量。将水平仪放在桥板上,再把桥板放在导轨上,沿导轨按等距离600mm分别测量后一点相对于前一点的高度。另一种是使用激光干涉仪按照测量水平直线度的方法测量。测量时将直线度反射镜竖直放置,把直线度干涉镜旋转90°。使用传统的电子水平仪和桥板法测量,以最佳平方逼近法计算,得出的导轨水平面内竖直方向的直线度为22.6μm,与干涉仪法计算出的导轨直线度21.3μm较为接近。激光干涉仪测得结果如图4。