雷尼紹XL-80激光幹涉儀（yí）為線紋尺測量（liàng）係統提供精準可靠的位置補償解決方（fāng）案
2019-6-20 來源： 雷尼（ní）紹 作者：-
全自動線紋尺檢（jiǎn）測設備
線紋尺 (Line scale) 一般由玻璃製成，表麵上準確（què）地刻有等間距平行線，通常配置在比長儀、顯微鏡、測量儀器等長度測量設備上，作（zuò）為測量距離和行（háng）程精（jīng）度的重要參考基準。測量線（xiàn）紋尺上的刻度（dù）距離需要高精度（dù）儀器（qì），測量分（fèn）辨率往往要求達（dá）到納米級，任何微小的環境因素所造成的誤差都會影響測（cè）量結果的準確性。附屬於香港特（tè）別行政區（qū）政府創新科技（jì）署的標準及校正實驗所 (SCL) 設計並（bìng）製造了一台全新線紋尺測量係統（tǒng），其采用雷尼紹XL-80激光幹涉儀補償測量過程（chéng）中因測量機台架設位置（zhì）偏移所導致的誤差。
案例分析： 雷尼紹XL-80 係列激光幹涉儀
香港特別行政區政府創（chuàng）新科技署轄下的標（biāo）準及校正（zhèng）實驗所負責製定和維護香港地區的物（wù）理測量參（cān）考（kǎo）標準，並為本地的測量標準及（jí）測量儀器使用者提供校正服務，以確保（bǎo）其準確（què）執行測量工作，且能正確溯源至相關標準（zhǔn）。除（chú）此之外，標準（zhǔn）及校正實驗所還為檢測及認（rèn）證行業實驗室提供能力驗證服務，以證明他們（men）具備相應的技術（shù）能力。
線紋尺測量係統的工作原理和結構
測量線紋尺上的刻度精度（dù）簡單來說就是測量被測線與參考線（一般是零位）之間的距離，結合影像分析和（hé）激光（guāng）補償技術（shù），係統可計（jì）算並調整數據（線紋）讀取位置，從而減少（shǎo）阿（ā）貝（bèi）誤差 (Abbe error)。不過在實際（jì）操作中，該（gāi）係統往往需要將更多實際環境因素以及其他不確定性計算（suàn）在內（nèi），因此在設計時必須有效（xiào）地對各種環境和人為因素所引起的誤差進行補償（cháng）。SCL所研發的線紋尺測量（liàng）係統主（zhǔ）要由（yóu）光學防震平台、移動平台、攝像頭、顯微鏡、像素計算程（chéng）序、光學鏡組（包（bāo）括分光鏡、反射鏡）及雷尼紹激（jī）光幹涉儀組成。線紋尺（chǐ）的長度測量範圍為0.01 mm到750 mm，而係統的測量不確定（dìng）度僅（jǐn）為0.15 - 0.41 nm。
案例分析： 條紋尺測量平台
線紋尺測量係統配（pèi）置了一（yī）台雷尼紹XL-80激光幹涉儀，用於對（duì）係統（tǒng）中出現的阿貝誤差進行（háng）補償。係統中的移動平台采（cǎi）用以壓電電機（jī）驅動的空氣軸承平台，全長800 mm行程的直線度為0.9 um，重複精度（dù）達20 nm；最大扭擺、俯（fǔ）仰和滾擺角誤差分別為（wéi）+/-0.5角秒。由於SCL位於大廈的35層（céng），風和（hé）道路交通引起的振動會影響測量精確度，因此必須（xū）將係統放置在光學防震（zhèn）平台上。在環境補償方麵，係統配置了空氣壓力、空氣溫度、材料溫度和濕度傳感器。被測線紋尺放置在以光學平台為基體的固定式獨立測量平台上，而攝像頭和顯（xiǎn）微鏡則架設在（zài）可移動龍門式平台上，目的是協助係統準確定位線紋的位置。因為每條線紋都有一定的寬（kuān）度，以線紋的中心線作為其位置可提升整體測量精度。換句話說，借助影像技術，係統可找出線紋的中心線並定義（yì）為線紋最終位置（zhì）。
執行測量時（shí），移動平台根據係（xì）統發出的信（xìn）號移動並停留在被測線紋的默認（rèn）位置。停（tíng）頓後，激光幹涉儀讀取位置數據，同時攝像頭拍攝目標線（xiàn）紋的（de）影像進行分析，得出當前位置（以像素值顯示與零位的（de）距離）並與實際計算（suàn）距離（lí）進行（háng）比對，係統根據差值指示移動平台進行位置微調。幹涉儀再次讀取位置數據。整個程序需要重複多次直到（dào）差值在特定像素值範圍內，從而得出最終（zhōng）的線紋位置。
XL-80在係統中的應（yīng）用（yòng）
阿貝誤差簡單來說就是測量軸與（yǔ）被測工件運動軸之間的偏移所產生的誤差，我們日常所用（yòng）的遊標卡尺是典型例子之（zhī）一。在使（shǐ）用遊標卡尺進（jìn）行測量時，夾住被測物的兩個端點與測量軸之間（jiān）一定會出（chū）現偏移情況，從而（ér）產生誤差。對於千分（fèn）表（biǎo）來說，由於（yú）測量軸和被測工件的軸在同一條線上（shàng），因（yīn）此（cǐ）阿（ā）貝（bèi）誤差為零。
案例分析（xī）： 條紋尺（chǐ）測（cè）量係統
雷尼紹XL-80激光幹涉儀在（zài）係統中所扮演的角色是補償測量係統中的誤差，無論是移動平台的直線度、線紋尺的放置位置，還是反射鏡的位置等，在架設時都難免會存（cún）在（zài）角度偏擺（bǎi），導（dǎo）致（zhì）在測量時出現所謂的阿貝誤差。係統在設計上使用激光幹涉儀，以對稱（chēng）形式在移動平台兩邊的軸上（shàng）進行測量，任何因角度偏移所導致的阿貝誤差值改變都會被另一邊（biān）軸的激光所補償。而幹（gàn）涉儀的架設采用了（le）典型的線性測量配置，激光束通過分光（guāng）鏡（jìng）S分成兩（liǎng）路，一（yī）路形成參（cān）考光束經轉（zhuǎn）向鏡T及反射鏡R回到（dào）激光源探測器，另一路則通過轉向鏡T1、T2、T3及反射鏡R形成長度變化的測量光束。另（lìng）外，XL-80幹涉儀在測量過程中也補償了因環境造成的潛在誤差，其內置的（de）壓力和濕度傳感器精度分別達1 mbar和6% RH，外置的材料（liào）和空氣傳感器精度分別達（dá）0.1和0.2度。數據顯示，在幹涉儀的幫助下，係統整體減少約95%的阿貝誤差。
案例（lì）分析： 條紋尺運動（dòng）平台
選擇合適的激（jī）光幹涉儀
就激光幹涉儀而言，線性測（cè）量的（de）精度不僅與激光頻率的穩定性有關，同時也取決於激光波長（zhǎng）的已知精度。而在實（shí）際應用環（huán）境中，激（jī）光（guāng）束通過空氣（qì）時，空氣折射率往往會對激光波長產生影響（xiǎng），由於折射（shè）率隨著空氣（非真空環境）的溫度、氣壓和濕度（dù）而變化，因此必須對激光波長進行補償以降低最（zuì）終的測量誤差。補償器通過傳感器測量工作環境的各個參數，自動計算這些參數對空氣折射率的影響，並（bìng）調整激（jī）光讀數以補償激光波長的變化，無需（xū）用（yòng）戶幹預（yù）和經常對補（bǔ）償進行更新。
雷尼紹XL-80激光幹涉儀是目前市場上真正快速、精確、便攜的校準係統。精確穩定（dìng）的激光源和準確的XC-80環境補償器，保（bǎo）證了±0.5 ppm（在空氣（qì）環境中（zhōng））的線性測量（liàng）精度。係統以高達50 kHz的（de）頻率讀取數據（jù），最高線性測量速度可達4 m/s，即使在最高（gāo）速度（dù）下線性分辨（biàn）率（lǜ）仍可達1 nm。所有測量選項（不僅是線性）均采用幹（gàn）涉法測量，確（què）保所（suǒ）記錄數（shù）據的精度。XL-80配備先進、易用的人性化操作軟件，為用戶提供最（zuì）全麵的機（jī）器校準方案。
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