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激光干涉儀使用如何避免測量誤差?

更新時間:2021-04-16點擊次數(shù):2616
   激光干涉儀是精度的線性位移測量儀器,其光波可以直接對米進行定義,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。今天我們來說說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,引起的阿貝誤差越大。
 
  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。
  擴展:SJ6000激光干涉儀用戶在進行兩臺同類設(shè)備定位精度的對比時,應(yīng)該進行同軸比對,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)
  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。
  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。
 
  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)直接吸住機床底座,避免吸裝在機床護罩或機床蓋等較薄弱的部分;確保吸裝的表面平坦且沒有雜質(zhì)。
  力度均勻,防止機械飄移
  不要把安裝螺釘和螺栓擰得太緊。應(yīng)力太大可能導(dǎo)致螺釘塑性變形,而后在釋放應(yīng)力時產(chǎn)生位置緩慢偏移。
 
  6、正確使用精度
  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,遠遠超出設(shè)備的線性標(biāo)稱精度0.5Lum(L測量長度,單位:m)。

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