激光尺系统的工作原理是什么？

干涉测量法的工作原理是什么？

简介

迈克尔逊干涉仪是干涉测量中最常用的工具，由Albert Abraham Michelson（首位获得诺贝尔科学奖的美国人）于1887年发明。他发明了镜组和半透半反镜组（分光镜）系统，可将来自相同光源的分离光束融合在一起进行干涉测量。激光干涉测量法是一种完善的高精度测距方法。

基本原理

迈克尔逊干涉仪一般可将相干光源的单条射入光束分成两条相同的光束。每条光束的传播路径（称为光程）不同，并在到达探测器之前重新会合。每条光束的传播距离不同使它们之间产生相位差。正是该相位差在最初相同的光波之间形成可通过探测器进行识别的干涉条纹。如果单条光束沿两个光路分开（测量和参考光路），则利用相位差便可判断出所有可改变光束相位的因素。这可能是光路长度本身的物理变化，或者是光束传播介质的折射率的变化。

迈克尔逊干涉测量法

从激光源发出的激光光束 (1) 在干涉镜处被分成两束光（参考光束 (2) 和测量光束 (3)）。这些光束从两个角锥反射镜反射回来，并在到达探测器前，在干涉镜处重新会合。

使用角锥反射镜可确保从参考臂和测量臂反射回的光束在干涉镜处重新会合时保持平行。重新组合的光束到达探测器后，以相长或相消的方式相互干涉。在相长干涉过程中，两束光同相，它们的波峰相互加强，产生明亮的干涉条纹；而在相消干涉过程中，两束光异相，其中一束光的波峰被另一束光的波谷抵消，形成灰暗的干涉条纹。

信号处理

探测器中的光学信号处理功能允许用户观察这两束光的干涉情况。测量光束的位移使两束光的相对相位发生变化。这一相消和相长的干涉循环导致重新组合的光束的光强发生周期变化。每次测量光束/角锥反射镜 (3) 移动距离为激光波长的一半时，光强度都会出现一次明-暗-明的周期变化。

系统的精度

线性定位测量精度取决于对激光光束波长的补偿精度。激光光束的工作波长取决于光透过空气的折射率，此波长会随着温度、气压和相对湿度发生变化。因此，需要改变（补偿）激光的波长，以纳入这些参数的任何变化。

RLE的工作原理是什么？

激光源	光纤耦合器	干涉仪光学镜组	测量光学镜组	检测装置	激光尺反馈信号
稳频二类HeNe激光	一个或两个光纤激光输出接头，将激光直接传输到RLD发射头	让不同光路的激光产生干涉	高反射率硬氧化物涂层介电反射镜	将干涉条纹转化为电子信号	标准数字或模拟正交位置反馈

HS20系统

雷尼绍HS20激光头配合外部线性光学镜组件使用时，可组成非接触式干涉测量激光尺系统，用于长轴高精度线性位置反馈。

如果一个运动控制系统能够配置为接受数字或模拟正交格式的激光尺信号，HS20激光头便可集成到该系统的位置控制回路中。激光头可直接替代直线光栅系统用于OEM和改造应用中。

补偿系统

激光干涉仪常常被假定为可自动提供最高精度的测量结果。但实际上情况会更加复杂。使用激光在空气中测量线性位移时，环境补偿系统的性能极为重要。激光和干涉测量光学镜组可提供很高的线性分辨率和精度，但对于非真空环境应用，系统测量精度却主要由环境补偿装置决定。

另一方面，激光尺的测量没有考虑温度变化引起的工件或机器结构的热膨胀。
为了补偿上述的误差源并确保非真空环境应用测量的更高精度，必须使用补偿系统。

影响精度的环境因素

RCU10的工作原理是什么？

下图说明了RCU10的工作流程。

RCU10补偿装置接收数字正交信号以及通过一系列传感器采集的环境数据，并计算修正轴位置所需的补偿总量。然后通过正交信号缩放和注入（添加或移除正交脉冲）将所需的补偿应用到激光尺反馈信号中，整个过程均可确保运动控制器的延迟极小。已补正的反馈信号以数字或模拟激光尺信号格式被发送到运动控制器。