激光干涉仪使用技巧

  本文关键词：工件台激光干涉仪测量误差模型研究，由笔耕文化传播整理发布。

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激光干涉仪使用技巧
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魏纯
（广州市计最检测技术研究院

，广东广州５１００３０）
瓣萎：本文讨论了激光予涉仪在使用巾的准直等技礴，用户在实际使用中增加葺芒件以及维护巾邋蓟的同舔。 燕键词：激光平涉仪；准直

ｌ引言

先探测器的强度满足测量对对光强的要求，准妻激光 光路往往需要很长时间。 根据作者长期使用的经验，按照“离处动尾部，低处 动整体”的调整方法，将会大大缩短漆直时闻。（“尾 部”是指ＭＬｌ０激光器电源接口边上的倾斜度调蹩旋钮 和三兔架云台上的旋转微调控制旋锂，“整体”是指三
具体调整方法如下：ｚ轴置于低处，利用ＭＬｌ０激

高性能激光干涉仪具有快速、高准确测量的优 点，是校准数字机床、坐标测量机及其它定位装置精 度及线性指标最常用的标准仪器，弦者所在单位使用 的是英国ＲＥＮＩＳＨＡＷ公闭生产的ＭＬｌ０激光干涉仪， 具有性能稳定，使罱方便等特点。 虑环境、温度、原理等影响测量的常规因素外，掌握一 些激光干涉仪的使用技巧会使测量互作事半功倍。
２原理介绍

通过较长时闯使用，作者认为测量人员除了要考 。角架云龠酶平移控制旋锂和三角架的商度调整曲柄。） 光器外毙中部的瞄准槽，正对ｚ轴放置分光镜，左右 移开Ｚ辅，观察激光光路，保证激光转向后大致平行
于ｚ轴，左右移回ｚ轴放置线性反射镜及光靶（可以

ＭＬｌ０激光干涉仪是根据光学千涉基本原理设计 磊成酌。从ＭＬｌ０激光器射出的激光束有单一频率， 其标称波长隽０．６３３ｐＬＩｎ，且其长期波长稳定健（真空 状态）要高于０．１ｐｐｍ。当此光束抵达偏振分光镜时， 会被分为两道光束一一道反射光糯一道透射光。这 两道光射向其反光镜，然后透过分光镜反射圈去，在 激光头内的探测器形成一道干涉光束。若光程差没 有任俺变讫，探测器会在樵长性秘楣潢性于涉的两极 找到稳定的信号。若光程差确实有变化，探测器会在
每一次光程改变时，在相长性和相消性干涉的弼极找

盖在反射或分光镜上以帮助入眼瞄准及控制光路的 靶），激光打在反射镜光靶上。 初步调整后，围定分光镜并在分光镜上安装光靶， 通过“整体”调整精确瞄准光靶后，取下分光镜光鞯，将 ｚ轴升离，观察激光在反光镜光靶上偏离程度，同时透 过“尾部”调整使激光对准反光镜光靶，若在此过程中 医“尾部”的调整导致分光镜遮挡了部分激光，嬲将ｚ 轴停止上升西到起始处，重新调整“整体”，再次对准反 射镜光靶。紧接着再升ｚ轴，继续调整“尾部”，观察激 光在反光镜光靶上德离程度。重复整个过程，往德凡次 即可达封准直要求。需要注意的是“整体”和“尾部”不 能同时调整，一定按照“高处动尾部，低处动整体”的方 法分另《谖整，否财溺整过程很容易混乱。 ３．２辅助工具的选择 虽然ＭＬｌ０激光干涉仪安装组件比较齐全，但在 实际使瘸过程孛逐是需要另外配置一些辕助工舆：
３．２．１

到变动的信号。这些变化（援格）会被计算并用来测 量两个光程闻的差异变化。测量的光程就是栅格数 乘以光束大约一半的波长。 值褥注意的是，激光束的波长取决于所通过敖空 气折射率。由于空气折射率会随着温度、压力和相对 湿度而变化，用来计算测蹩值的波长值可能需要加以 李｝偿，以配合这魍环境参数豹改变。实际上就测量准 确度而言，此类补偿在进行线性位移（定位精度）测 量，特别是量程较大时，非常重要。 ３激光干涉仪使用技巧
３．１

自己研制低高度云螽支架

部分机床工作台高度与地面是基本相平的，那么 测量Ｚ轴器重，如果使黑激光干涉仪原装三角架及云台 安放激光器于地面，，则肯定会因为三角架本身的高
度，损失ｌｍ左右的测量范围。作者是采用自己研制

Ｚ轴激光光路快速准直方法 用激光干涉仪进行线性测量时，无论是数字机

床、还是坐标测燮枫，ｚ轴测量酵激光光路的礁童榻对 Ｘ、Ｙ轴准直来说，要困难的多。尤其是在ｚ轴距离较 长的情况下，要保证激光光束经反射镜反射后回到激

低的高度云台支架，焉机床的遁蔫紧逶装置露紧在槐 床平台上或利用藏物紧圃，将云台装在上面，仍然利 用手柄锁紧，整个装置高３０ｃｍ左右，则最大程度的保

万 　 方数据

魏纯：激光干涉仅使用技巧

雹
作者曾经在一台大型铣床位置准确度检测过程 中，遇到测量中电脑无端重启，导致之前测量过程中 的数据全部丢失的情况。过后检查该电脑，没有发现 病毒或其他问题，但确实长时间用于激光干涉仪测量 中，会出现重启的现象。 电脑专属专用，利于测量数据长期保存，方便测 量人员进行数据分析、问题查找。
３．５

证ｚ轴的测量范围。 ３．２．２选择磁性表座 磁性表座是激光干涉仪常用的辅助工具，选择时 需要注意，表座工作面上需有Ｍ８的螺孔以配合安装 镜组安装杆，主磁性吸面位于底面和侧面的表座各选
择两个（实验室或工厂多采用的是主磁性吸面位于底 面的表座），在测量时，往往侧面吸的表座更利于激光 干涉仪镜组的安装。

日常维护

在现场使用是激光干涉仪广泛应用的一个特点，
但往往现场工作条件比较差，装夹具不一定全。作为

ＭＬＩＯ激光干涉仪使用中日常维护也同样重要，
要注意以下几点：

校准测试人员，提前较好较全地选择配套辅助工具， 根据现场情况，合理使用辅助工具，是顺利、高效完成
测量任务的重要一环。 ３．３镜组的灵活使用

（１）避免现场与仪器箱内温差较大时，直接开箱 使用； （２）运输、使用中避免剧烈碰撞； （３）仪器线缆要防止碾、压，线缆接口防止变形；
（４）多尘的环境中，要注意光学镜组放尘，测量间

ＭＬｌ０激光干涉仪配备有线性测量镜组、角度测
量镜组、平面度测量组件、直线度测量组件、垂直度测

隙较长时，注意将激光光闸关闭，防止灰尘进入激光器； （５）清洗光学镜组要使用高质量的擦拭纸、清洗
液。
参考文献

量镜组、激光器准直辅助镜等等，实际使用中，有些不
同功能的镜组也可以相互组合使用，以满足测量需 要。比如角度测量镜组中的反射镜也可以替换线性 测量镜组中的反射镜；激光器准直辅助镜的使用可以
１９８２．

［１】杨靖岳，邵荫梅，张仁岱，周明家．白准直仪．机械工业出版杜， ［２］计量测试技术手册编委．计量测试技术手册第二卷．中国计
量出版社，１９９７．

减少准直调整的时间。 同时，激光干涉仪各个测量镜组也可以在别的测

量工作中使用，常见的利用分光镜或者光学直角器， 达到改变光路，方便测量的目的。这需要，测量人员
了解设备性能、掌握测量技巧，在满足测量准确度的 前提下活学活用。 ３．４配备专用电脑的重要性
１９８０．

［３］Ｆ．Ｔ．阿雷克Ｅ．Ｏ．舒尔茨一杜波依斯．激光器．科学出版社， 【４】叶声华．激光在精密计量的应用．机械工业出版社，１９８２．
［５］ＲＥＮＩＳＨＡＷ ＭＬｌ０激光干涉仪测量系统说明书．

作者简介：魏纯，男，助理工程师。工作单位：广州市计量检测技术研究

ＭＬｌ０激光干涉仪常配合笔记本电脑使用，但如 果不注意专用的问题，无论是软件冲突、抑或是电脑 病毒，往往会影响到测量和使用。
（上接第３７页）

院。通讯地址：５１００３０广州市广仁路１１号。 收稿时问－＇２００７—０６一加
。

的铜箔如果没有用普通打印纸也可以。将铜箔塞到 齿条与主尺接触的间隙中，然后拧紧固定螺钉。注 意．不要让铜箔高出齿条表面。卡尺的示值误差在整 个测量范围内有正有负时的修理。见表２。修理方法 基本同上。不同之处是要拧松８１．６ｍｍ附近固定齿条
单位：ｍｉｌｌ

不要用力过猛，同时不能使齿轮与齿条脱离啮合。调 整好啮合间隙后将三个安装螺钉拧紧。 （７）修理示值误差。卡尺的示值误差在整个测量
范围内为负时的修理。见表ｌ。
表１

的螺钉，将铜箔塞到８１．６ｍｍ处齿条与主尺接触的间 隙中，然后拧紧固定螺钉。 用此方法修理带表卡尺示值误差效果明显，只是 在修理时要根据示值误差的大小选用不同厚度的铜 箔（或纸张）。
作者简介：张军生，男，高级技师。工作单位：中国航天科工集团７８０１

研究所。（湖南国防区域计量站４１０２校准实验室）。通讯地址：４１０２０５

将主尺背面固定齿条靠近测量面第一个螺钉松

湖南省长沙市５８５信箱３分箱。 收稿时闻：２００７—０５—２９

开，裁剪一条长度１０ｍｍ宽度３ｍｍ厚度０．０６ｍｍ左右

万 　 方数据

激光干涉仪使用技巧
作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 引用次数： 魏纯 广州市计量检测技术研究院,广东,广州,510030 计量与测试技术 METROLOGY & MEASUREMENT TECHNIQUE 2007，34(10) 0次

参考文献(5条) 1.杨靖岳.邵荫梅.张仁岱.周明家 自准直仪 1982 2.《计量测试技术手册》编委会 计量测试技术手册 1997 3.F T 阿雷克.E O 舒尔茨-杜波依斯 激光器 1980 4.叶声华 激光在精密计量的应用 1982 5.RENISHAW ML10激光干涉仪测量系统说明书

相似文献(10条) 1.会议论文 曹利波 利用激光干涉仪对机床定位精度的快速检测 2008
简要介绍了双频激光干涉仪的组成和工作原理,并介绍了一种快速调整激光干涉仪准直的方法以及检测机床定位精度时的注意事项。

2.期刊论文 于迎红 激光干涉仪线性光束准直的快速调整方法 -计量技术2006(9)
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3.学位论文 成相印 激光准直测量中几个基础性问题的研究 1994
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4.学位论文 陈庆 基于信号调制的二维微小角度传感器的设计 2007
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5.期刊论文 高媛.郭丽莎 激光干涉仪测角系统的精度补偿方法 -计量技术2003(1)
提出一种新的准直方法,对HP5528A激光干涉仪测角实现了精密计量.

6.期刊论文 黄天喜.严祯.曾韬.HUANG Tian-xi.YAN Zhen.ZENG Tao 几种测量机床导轨直线度误差的方法 -机械工 程与自动化2008(2)
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7.期刊论文 张立新.黄玉美.王峰.ZHANG Li-xin.HUANG Yu-mei.WANG Feng 干涉测量的误差分析与并联机床的准确 度测量 -光子学报2008,37(6)
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8.学位论文 严琴 落体法等效原理实验检验中的激光干涉测量系统 2002
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9.学位论文 程吉水 工件台激光干涉仪测量误差模型研究 2008
多自由度精密运动台是集成电路设备、精密加工机床等的关键部件，具有速度大、精度高的特性，其运动精度直接影响整机的性能，因此多自由度 精密运动台的高速高精运动控制十分关键。实现多自由度精密运动台的高精度运动控制，需要建立准确的测量模型。在这些模型和算法中存在大量的参 数需要辨识与校准，参数辨识与校准直接影响光刻机工件台的运动精度。本文以工件台测量系统中的6轴双频激光干涉仪为对象，定量分析各种测量误差 ，对阿贝误差和余弦误差进行了数学建模。 阿贝误差和余弦误差模型通过分区的方式计算工件台与双频激光干涉仪之间每个光轴的四条光束在各区间

的光程，再结合权重因子得到X、Y向6个光轴的光程。以在工件台倾斜和工件台旋转下的X、Y向6个光轴光程为基础，计算出干涉仪光束倾斜时工件台同 时倾斜和干涉仪光束旋转时工件台同时旋转的X、Y向6个光轴光程，通过叠加换算得到含有机器常数的误差模型。 根据实验数据拟合出误差模型中的各 个机器常数，对该误差模型的正确性和有效性进行验证，在光刻机的样机上被证实取得良好效果：由模型前Y向的位置误差100nm降低到运用该模型后的 10nm，显著提高了工件台的定位精度。该模型可用于其它多自由度运动台的运动控制中。

10.期刊论文 樊凤杰.孟宗 基于双频激光干涉原理的大尺寸直径测量的研究 -计量技术2008(2)
提出了一种基于双频激光干涉原理的大尺寸直径测量的新方法,采用激光准直仪出射的高稳定光线瞄准和定位固定在被测工件直径两端点上的光电接 收器,同时使用双频激光干涉仪测量两个光电接收器中心间的距离,通过几何计算得到被测直径尺寸.实验表明,该方法有较高的测量准确度,测量系统的相 对误差小于5×10-6.

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