新型激光干涉仪-LM-5DS

　　LM-5DS激光干涉测量系统是1994年在美国问世的新型干涉测量仪器,直到1997年才进入我国。它不仅保持了激光干涉测量的高精度,而且实现了激光干涉测量从未有过的高效率。满足了CNC (数控机床)和CMM (坐标测量机)的快速检定或校准的需要,从而更好地保证了ISO9000质量管理和质量保证对设备的要求。

　　1　测量原理

　　测量原理框图如1所示。LM-5DS激光干涉测量系统最巧妙的设计是它把由He-Ne激光器发出的激光束,通过分光镜分为三束光,每一束光分别完成位置测量、直线度测量和角度测量。达到了一次安装调整,可同时测量出一个轴向上的5个参数值。如图2所示。

　　如图1所示, He-Ne激光束经分光镜后的一束光进入激光干涉系统,形成的激光干涉信号就反映了长度位移信息。通过干涉信号的相位检测器,形成相差各为90°的4路电信号,信号经测量电子线路和计算机进行处理,即可得到位置(长度)的测量结果。这是传统的干涉测量仪部分。而第二束和第三束光完成的测量,则是LM-5DS的特有功能。

　　注: 1—俯仰角; 2—偏摆角; 3—水平面内直线度;4—垂直面内直线度; 5—运动方向位置(长度)。

　　图2　参数测量图

　　透过分光镜的第二束光,直接投射到二维光电探测器D1上,从而获得运动方向在水平面内和包含运动方向的垂直面内的直线度。若机床运动是直线,则光束射到光电探测器D1中心的位置不变。如运动方向在水平面和垂直面内对理想运动直线出现任何偏离,射到光电探测器D1的光束将对中心位置产生偏移,这种偏移使其输出的4个电信号发生变化。经过测量电路和计算机的处理,即可得到相应的直线度测量结果,并可储存起来作进一步的分析。第三束光是用来测量偏摆角和俯仰角。由分光镜分出的这束光,通过准直系统,投射到二维光电探测器D2,该光束将聚焦在D2的中心点。若有俯仰和偏摆,将引起进入5D传感头激光束入射角的变化,则由分光镜反射的这束光是以某一个角度入射到准直透镜上。这束以一定角度入射的光将不聚焦到D2的中心,离中心的距离由D2检测,并由测量电路处理,作为俯仰和偏摆运动形成的误差在计算机屏幕上显示。

　　2　仪器的主要技术指标

　　LM-5DS分为标准型、精密型和高精密型3种,其技术规格见表1。

　　3　LM-5DS激光干涉测量系统特点

　　(1)检测快速、高效、高精度

　　众所周知,传统激光干涉仪一次安装调整仅能测量位置(长度)刻度误差。如要测量导轨的直线度和摆角误差,需要增加若干附件,重新安装调整、测量。多次的安装调整不仅费时,而且十分繁杂。检测一台CNC (数控机床)和CMM(坐标测量机)要耗时3～4天,停产的代价是十分昂贵的。而用LM-5DS进行CNC或CMM的检定或校准,不到一天就可完成18个参数的检测,减少测量时间的80%,而保证同样的测量精度,大大提高了测量效率。