4.3 双频激光干涉仪的组成与使用在线视频

大家好

这次课我们来看一下

双频激光干涉仪的使用

双频激光干涉仪在位移

直线度 角度等几何量测量中

用得非常多

我们这里将以位移测量为例

来介绍双频激光干涉仪的使用

这个是一个双频激光干涉仪

我们看看它里面都有哪些宝贝

这是里面的宝藏

那么这个是双频激光器

双频激光器还是很小巧的

这个是一些支架

用来固定

偏振分光棱镜 角锥棱镜

还有一些探测器

我们先把这些支架拿出来

好 三个支架

下面是光学元件

这是一个测量用的角锥棱镜

我们也管它叫靶镜

这个是参考用的角锥棱镜

跟它长得是一样的

下面是偏振分光棱镜

是这样的一个偏振分光棱镜

接下来是探测器

这是一个探测器

然后相位卡

是用来跟探测器连接

然后一边跟计算机连接测量相位用的

除此之外还有一些温度传感器

比如说这个

它是测量温度 气压 还有湿度的

这个是用来补偿空气折射率的

那么这个是一个材料传感器

用于放在工件上测量工件的温度

补偿由于热膨胀系数导致的变形

这个是传感器的适配器

那么这个是激光器的电源

还有很多其他的连接用的线

这两件实际上

是测直线度或者是其他角度用的

这里我们不使用就先不拿出来了

好 那么激光器我们要用的这些东西

就都放在桌上了

下面我们来看一下光学元件的固定

这三个是固定的支架

每一个支架实际上它是可以调高低

它也可以调角度

那么我们这三个分别用于固定什么呢

用于固定测量用的角锥棱镜

测量用的角锥棱镜和它固定起来

然后 这个用于固定偏振分光棱镜

以及参考的角锥棱镜

那么这个用于固定探测器

探测器我们可以固定在这儿

那么我们现在先来分别看怎么固定

在这个测量用的角锥棱镜的这块

实际上是有两个螺孔的

那么在这个地方也是有螺钉的

那么这两个螺钉跟这螺孔正好可以拧上

我们就可以用这个螺钉跟它拧到一起

就给拧上了

拧上以后

实际上是还可以调它的高度和角度

这里面要注意的就是说

你看这个板 它不是对称的

这边比较长而这边比较短

那么为了稳定我们一般是让它这样待着

而不是说让它这么着冲过来

这样就不稳定了

应该是朝这个方向 它就比较稳定

所以这个板设计也挺有讲究的

好 这个测量用的角锥棱镜就固定好了

下面我们来固定

偏振分光棱镜和参考的角锥棱镜

首先把偏振分光棱镜

和参考的角锥棱镜

先固定在一起

那么在偏振分光棱镜的这个地方

实际上是有条线

这个是指的反射镜的方向

光这么入射 这么反射

这么反射的光

要入射到参考的角锥棱镜上

这里面同样是有这两个螺钉

然后这边也有两个螺孔

我们可以给它拧到一起

这样偏振的分光棱镜

和参考的角锥棱镜

就固定好了

然后再可以给它固定到这个支架上

这个支架也同样

这个地方实际上是有两个螺钉

然后这边有两个螺孔

然后可以给它拧上

拧好了以后直接固定在这上头就行了

这里头就比较明显了

如果我要是这么固定肯定是不稳的

对吧 它肯定就要这么倒了

所以我们要这样转过来

用这种方式来固定

它就稳了

那么一般来讲 这两个就固定好了

下面就可以固定探测器

那么这个是探测器

探测器实际上它也是有这两个螺孔

和这两个螺钉固定在一起

我们也可以给它拿下来固定

这样就固定好了

然后我们就可以

把探测器也给放上去

这就是探测器的这个接收器的位置

这样这三个元件我们就都固定好了

然后就可以到时候使用了

下面我们来看一下

我们怎么把双频激光器给接起来呢

那么这个是一个激光头

我们可以把它放在这个五维调节架上

这个五维调节架 它有三个转动自由度

和两个移动自由度

分别可以升降和沿水平方向移动

那么这个激光头

放在这儿就可以方便调节

当然我们也可以

把激光头不放在这个上头

我们可以通过反射镜

来改变光束的方向

使得它到我们所需要的地方去

那么既然有这个五维调节架

我们就可以把激光头固定在这上头

固定好了以后我们可以看到

这个激光头的后面有两个孔

一个接220V的电源线

还有一个是接信号线

那么这个信号是什么呢

实际上是激光头输出的参考信号

那么这个呢

是一个探测器

这个探测器也有一根线

那么这根线实际上是探测到的信号

也就是干涉信号

那么这个是相位卡

在相位卡的这个地方

实际上有几个孔

这个孔分别接测量信号和参考信号

我们需要把测量信号和探测器相接

参考信号和这个激光头相接

那么这个就是线

有黄色标记的是一根线

没有黄色标记的是另外一根线

我们把这个没有黄色标记的

我们认为是参考信号

一端和激光头相接

一端和这个相位卡的参考信号

这一端相接

那么测量端

一端和这个探测器相接

一端也和这个相位卡的

测量信号这端相接

那么这样信号线就接好了

那么相位卡怎么输出

相位信号到计算机里面呢

那么我们有一个USB的线

也就是说在相位卡的这儿

有一个USB的输出

那么我们可以接一根USB的线

然后USB的另外一端输出

就可以输到计算机里了

那么还有一个监测信号

在这个探测器这儿

我们还有一个监测信号的口

这个监测信号的口可以监测信号

也就是说把它的波形输到示波器里面

我们把这个监测信号给插上

然后用这个夹子把这个线给夹好

这个BNC插头就可以跟示波器相连了

最后是电源

这是激光器的电源

那么我们把这个电源的这端

插到激光器上

这边就可以跟220V相接

这个是基本的干涉仪的接线

那么除了这个干涉仪这部分

还有一个传感器的部分

那么传感器是这样的

这是一个温度 气压 还有湿度的传感器

有一个接头

这个是一个材料传感器

也就是说它要测那个被测件的温度的

也有一个接头

那么这个是传感器

这个是传感器的适配器

那么这边有四个口

我们把它们都给接起来就可以了

它可以带四个传感器

这里只用两个

哪个口接哪个是没关系的

它可以自动识别

所以我们只要给它接上

接到传感器的适配器就可以了

那么传感器的适配器这儿也有一个USB口

我们也找根USB线跟它相接

这样USB线的这端也可以跟计算机相接

那么这样的话跟计算机相连的就有两根线

一根来自传感器

一根来自相位卡

那么到这儿为止

我们的干涉仪的接线就接好了

这样的话我们就可以

进行后面的测量了

好 那么下面我们就看

如何用这个双频激光干涉仪

来测量这个电动平移台的位移

在测量之前

我们需要确认两件事

一个就是激光光束

应该和这个平移台的移动方向平行

那么确认它 我们在这儿是用一个小孔

我们看 先把光束调整到小孔中心

然后移动电动平移台

电动平移台在移动过程中

光束始终在小孔中心

这时候就说明

光束和平移台的移动方向是平行的

那么第二件事

我们实际上是想确认

这个双频激光器的工作状态

也就是说这个双频激光器

它应该处于稳频的状态

那么这个双频激光器的后面

有一个绿的灯

这个灯是长亮的状态

就是说它已经是处于稳频状态了

可以测量了

那么下面我们就开始测量

测量的时候

我们先把偏振分光棱镜摆上去

摆上去以后 我们在偏振分光棱镜这儿

可以看到两个光点

就是说在它表面有两个光点

这个强一点的光点是

激光器入射到

偏振分光棱镜上的光点

这个弱一点的光点是偏振分光棱镜

反射到角锥棱镜

然后角锥棱镜再反射回来的光点

因此它比较弱

那么在这边

在激光头这儿

我就可以看到这个角锥棱镜

反射回来的光点在这儿

在这基础上我们可以放靶镜

比如我把靶镜放在这儿

靶镜它也有一个反射光点

那么现在靶镜的反射光点

在这儿

这是靶镜的反射光点

它和这个参考的角锥棱镜的反射光点

并不重合

那么我们开始调整靶镜的位置

使它这个光点重合

光点重合了以后

我就可以放探测器

把探测器放上

让这个重合的光点

入射到探测器上

入射到探测器上以后

那么这时候在示波器上

我就可以看到干涉信号了

那么在测量之前

我需要看一下移动台移动的时候

这个信号到底有多大的幅度变化

那么开始移动平移台

好 再移动回来

这时候它的变化很小

说明这个光束的方向

基本上是和平移台的移动方向平行的

那么下面另外一件事

我们再确认一下它的非线性误差

确认非线性误差

我们是要把这个测量的靶镜挡上

挡上以后 这时候的信号

如果很小 也就是说这时候残差很小

那么这时候我们就可以测量了

一般希望这个残差

是测量信号的十分之一以下

测量信号比较大 残差比较小

那么现在可以测量

如果要是残差比较大

我们需要调整这个干涉仪的滚转角

那么好 现在可以把计算机上的干涉仪复位

我们移动大概是150毫米

好 再移动回来

这就移动回来了

那么这样呢

用双频激光干涉仪

测量这个电动平移台的位移

基本上就是这样了

我们总结一下在测量过程中要注意的三件事

第一件事是需要调整这个光束

和移动台的移动方向平行

第二件事是要确认这个双频激光器

它已经处于稳频状态了

第三件事

是要看一下当挡住靶镜以后

这时候信号的残差会比较小

也就是说这个信号比较小

确认好这三件事以后就可以测量了

好 那么这个实验就到这儿