激光干涉儀測(cè)量必須考慮的誤差源
激光干涉儀的精度視激光波長(zhǎng)而定,,其精度較好于0.5PPM(百萬分子0.5)。
激光干涉儀可以測(cè)出單軸六個(gè)自由度中的五個(gè):線形定位,、水平面內(nèi)直線度,、垂直面內(nèi)直線度,、俯仰角和偏擺角,也可測(cè)量?jī)奢S之間的垂直度,。
使用激光干涉儀測(cè)量,,必須要考慮到的誤差源:
一、 環(huán)境誤差,。激光干涉儀的**精度取決于周圍條件的程度(或者說環(huán)境的穩(wěn)定程度),。環(huán)境溫度每產(chǎn)生1℃的變化,**壓力每產(chǎn)生2.5mmHg或相對(duì)濕度每產(chǎn)生30%的誤差時(shí),,都將會(huì)導(dǎo)致約1PPM(百萬分子一)的測(cè)量誤差,。這些誤差利用人工補(bǔ)償或激光干涉儀所配的自動(dòng)補(bǔ)償裝置可部分克服。因此檢測(cè)期間保持這些條件的穩(wěn)定非常重要,。
二,、 機(jī)床表面溫度。即機(jī)床本身溫度變化的影響,。對(duì)于用鋼制絲杠定位滑鞍的機(jī)床,,絲杠理論熱膨脹系數(shù)為10.8PPM/℃,即溫度每升高1℃,,他將膨脹近10.8微米/米,。
三、 死徑誤差(死行程誤差),。它是一種在測(cè)量期間與環(huán)境條件的變化有關(guān)系的誤差。它是由于當(dāng)圍繞激光束的大氣壓力發(fā)生變化(引起激光波長(zhǎng)變化)時(shí)以及當(dāng)固定有激光干涉儀和目標(biāo)反射鏡的材料溫度發(fā)生變化(引起干涉儀和反射鏡之間的距離變化)時(shí),,激光束行程長(zhǎng)度得不到補(bǔ)償而造成,。
簡(jiǎn)單的講,激光測(cè)量行程的死行程區(qū)是指激光干涉儀與測(cè)量復(fù)位點(diǎn)(或0點(diǎn))位置間的距離,。激光干涉儀自身的補(bǔ)償系統(tǒng)僅能補(bǔ)償測(cè)量復(fù)位點(diǎn)到測(cè)量行程終點(diǎn)的距離,,而對(duì)于死行程區(qū)的距離是不補(bǔ)償?shù)摹?/font>
四、 余弦誤差,。激光束路徑對(duì)應(yīng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸線如未對(duì)準(zhǔn),,將在測(cè)量長(zhǎng)度同實(shí)際移動(dòng)長(zhǎng)度間產(chǎn)生一個(gè)誤差。由于這個(gè)誤差與光束和實(shí)際運(yùn)動(dòng)間未對(duì)準(zhǔn)角的余弦成比例,,所以未對(duì)準(zhǔn)誤差通常稱為余弦誤差,。余弦誤差=1-cosθ,對(duì)于較小的θ,,余弦誤差近似于θ2/2,。舉例來說,當(dāng) =1mrad (3 arcmin),,則余弦誤差為0.5ppm,。
當(dāng)激光測(cè)量系統(tǒng)與機(jī)床移動(dòng)軸線未對(duì)準(zhǔn)時(shí),,余弦誤差將使測(cè)量長(zhǎng)度小于實(shí)際長(zhǎng)度。消除余弦誤差的方法是在安裝時(shí)確保良好的對(duì)準(zhǔn),。
五,、 阿貝誤差。阿貝誤差原理是長(zhǎng)度計(jì)量和長(zhǎng)度計(jì)量?jī)x器設(shè)計(jì)中*經(jīng)典的測(cè)量原理,。被測(cè)軸線和測(cè)量軸線應(yīng)在同一直線或其延伸線上,,如果在一個(gè)偏離的被測(cè)位移的位置上進(jìn)行測(cè)量時(shí),部件的任何角運(yùn)動(dòng)都將產(chǎn)生一個(gè)誤差,。估算角運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的誤差的一條有益經(jīng)驗(yàn)是:每角秒的角運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生約5um/m的偏移,。對(duì)于阿貝偏移為200mm,2秒的角運(yùn)動(dòng),,其測(cè)量位移誤差為200mm×5um/m/角秒×2角秒=2um,。