国产高性能激光干涉仪产品解决方案.docx
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国产高性能激光干涉仪产品解决方案
SJ6000激光干涉仪产品解决方案
1.简介.......................................................................................................................................................-1-1.1.产品简介........................................................................................................................................-1-
1.2.产品配置........................................................................................................................................-2-
2.静态测量...............................................................................................................................................-3-2.1.线性测量........................................................................................................................................-3-2.2.角度测量........................................................................................................................................-7-2.
3.直线度测量....................................................................................................................................-9-2.
4.平行度测量..................................................................................................................................-11-2.
5.垂直度测量..................................................................................................................................-13-2.
6.平面度测量..................................................................................................................................-14-
2.7.回转轴测量..................................................................................................................................-16-
3.动态测量.............................................................................................................................................-17-3.1.动态测量概述..............................................................................................................................-17-
3.2.动态测量应用..............................................................................................................................-18-
4.产品功能特点.....................................................................................................................................-20-
5.技术指标.............................................................................................................................................-22-
6.配件与证书.........................................................................................................................................-25-
1.简介
1.1.产品简介
激光干涉仪以光波为载体,其光波波长可以直接对米进行定义,且可以溯源至国家标准,是迄今公认的高精度、高灵敏度的测量仪器,在高端制造领域应用广泛。
SJ6000激光干涉仪集光、机、电、计算机等技术于一体,产品采用进口高性能氦氖激光器,其寿命可达50000小时;采用激光双纵模热稳频技术,可实现高精度、抗干扰能力强、长期稳定性好的激光频率输出;采用高速干涉信号采集、调理及细分技术,可实现最高4m/s的测量速度,以及纳米级的分辨率;采用高精度环境补偿模块,可实现激光波长和材料的自动补偿;采用高性能计算机控制系统及软件技术,支持中文、英文和俄文语言,友好的人机界面、向导式的操作流程、简洁化的记录管理。
▲SJ6000激光干涉仪外观图
SJ6000激光干涉仪具有测量精度高、测量范围大、测量速度快、最高测速下分辨率高等优点,结合不同的光学镜组,可实现线性测长、角度、直线度、垂直度、平行度、平面度等几何参量的高精度测量。
在SJ6000激光干涉仪动态测量软件配合下,可实现线性位移、角度和直线度的动态测量与性能检测,以及进行位移、速度、加速度、振幅与频率的动态分析,如振动分析、丝杆导轨的动态特性分析、驱动系统的响应特性分析等。
1.2.产品配置
SJ6000激光干涉仪系统具有丰富的模块化组件,可根据具体测量需求而选择不同的组件。
主要镜组如下图所列,依次为线性镜组、角度镜组、直线度镜组、垂直度镜组、平面度镜组、自动精密转台。
▲主要镜组图
其中,线性镜组为标配,由线性干涉镜、线性反射镜和夹紧孔座构成。
可满足线性位移设备的定位精度、重复定位精度、反向间隙的测量与分析,以及反向间隙修正和螺距补偿。
2.静态测量
2.1.线性测量
线性测量原理——迈克尔逊干涉原理
▲线性测量的光路原理构建图
（1从SJ6000激光干涉仪主机出射的激光束（圆偏振光通过分光镜后,将分成两束激光（线
偏振光;
（2两束激光分别经由角锥反射镜A和角锥反射镜B反射后平行于出射光（红色线条返回,
通过分光镜后进行叠加,由于两束激光频率相同、振动方向相同且相位差恒定,即满足干涉条件;
（3角锥反射镜B每移动半个激光波长的距离,将会产生一次完整的明暗干涉现象。
测量距离
等于干涉条纹数乘以激光半波长。
线性测量配置及使用方法
线性测量（线性轴位置精度测量的简称配置主要由SJ6000主机、EC20环境补偿单元、线性镜组、SJ6000静态测量软件等组件构成,可满足0~80m范围内的线性测量。
其中,线性测量包括定位精度测量、重复定位精度测量和设备反向间隙测量等。
线性镜组可以针对不同方向的运动轴而搭建相应的测量光路,如下图:
▲水平轴的线性测量示意图
▲垂直轴的线性测量示意图
SJ6000静态测量软件可以将线性测量结果生成指定的误差补偿表,该表涵盖了各个测量点的补偿值,运动控制系统制造商允许通过修改指定运动轴的补偿值来消除该运动轴的位置误差,精确的补偿,可以有效地降低运动轴的位置误差。
线性测量中目标位置的数据采集有基于位置的目标采集和基于时间的目标采集两种方式,普遍采用基于位置的目标采集方式,即:
被测运动轴需设定若干个等距的定位点,当运动轴移动到设定的定位点时,需设置停留时间,以供SJ6000测量软件进行当前点的数据采集。
线性测量应用
SJ6000激光干涉仪广泛应用于机床、三坐标、机器人、3D打印设备、自动化设备、线性位移平台、精密机械设备、精密检测仪器等领域的线性测量。
▲机床
▲线性导轨
▲三坐标
▲激光切割机线性测量附件
轻型线性镜组——特殊场合的应用
轻型线性镜组包括缩光镜和小角锥反射镜,其中小角锥反射镜的重量仅为8g,可以直接吸附在被测物体上,最大限度地降低线性反射镜的重量影响。
▲轻型线性镜组的光路原理构建图
主要应用场合:
（1线性反射镜的重量可能影响到被测轴系的机械性能或精度;
（2线性反射镜的尺寸遇到较为困难的装夹场合;
（3负载敏感的动态测量。
▲轻型线性镜组
轻型线性镜组附件应用实例:
▲螺纹综合测量机的测杆校准
可调转向镜——斜轴的测量
可调转向镜本质是可实现旋转调节的平面反射镜,通过旋转镜面可将光束偏转25°~90°的角度,通常用于斜轴的测量。
▲可调转向镜及其光路原理构建图
可调转向镜应用实例:
▲斜床的倾斜轴测量
2.2.角度测量
角度测量原理
角度反射镜旋转时产生转角,或是移动过程中产生角摆,两束反射光会有相对应的光程差产生,SJ6000采集到该光程差的干涉信号,经过运算处理,即可得出对应的角度值。
▲角度测量的光路原理构建图
角度测量配置及使用方法
角度测量配置主要由SJ6000主机、角度镜组、SJ6000静态测量软件等组件构成,可满足±10°范围内的角度测量。
▲运动轴的俯仰角度测量示意图
▲运动轴的偏摆角度测量示意图
▲回转轴的角度测量示意图
角度测量应用
主要应用于运动轴的角摆测量和转轴的旋转角度测量。
▲直驱电机（DD马达的旋转角度测量
2.3.直线度测量
直线度测量原理
▲直线度测量的光路原理构建图
直线度干涉镜在移动过程中产生横向或纵向位移时,两束反射光会有相对应的光程差产生,SJ6000采集到该光程差的干涉信号,经过运算处理,即可得出对应的直线度值。
直线度测量配置及使用方法
直线度测量配置主要由SJ6000主机、短直线度镜组（或长直线度镜组、SJ6000静态测量软件等组件构成,可满足±3mm范围内的直线度测量。
▲运动轴的横向直线度测量示意图
▲运动轴的纵向直线度测量示意图
直线度测量应用
▲测长仪直线导轨的横向直线度测量
直线度附件
直线度附件由大角锥反射镜、90度
转向镜和直线度底座构成。
应用场合:
适用于直线度反射镜不便于安装在
Z轴的上端或是运动轴的后端。
▲直线度附件
含直线度附件的光路原理构建图:
▲Z轴直线度的光路原理构建图
2.4.平行度测量
平行度测量原理
平行度测量是在直线度测量的基础上而扩展的应用。
平行度测量由平行轴的两组直线度测量组成,参见下面平行度测量光路原理构件图,其中直线度反射镜作为共同的参考基准,在测量过程中保持原位,且不进行调整。
由第1运动轴的斜度θ1中减去第2运动轴的斜度θ2,即可得出平行度=θ1-θ2。
第一步（测第1运动轴第二步（测第2运动轴
▲平行度测量的光路原理构建图
平行度测量配置
平行度测量配置主要由SJ6000主机、短直线度镜组（或长直线度镜组、SJ6000静态测量软件等组件构成。
Z轴的平行度测量需增添可调转向镜。
平行度测量应用
▲双直线导轨安装的平行度测量
2.5.垂直度测量
垂直度测量原理
垂直度的测量是直线度测量在二维方向上的延伸。
垂直度测量由正交轴的两组直线度测量组成,详见下面垂直度测量光路原理构件图,其中直线度反射镜作为共同的参考基准,在测量过程中保持原位,且不进行调整;光学角尺用于至少在其中一次直线度测量中,允许调整激光束与轴的准直。
垂直度误差=光学直角尺误差-斜度θ1-斜度θ2。
▲垂直度测量的光路原理构建图
垂直度测量配置
垂直度测量配置主要由SJ6000主机、短直线度镜组（或长直线度镜组、垂直度镜组（含光学直角尺、SJ6000静态测量软件等组件构成。
Z轴的垂直度测量需增添直线度附件。
垂直度测量应用
▲XY工作台的垂直度测量
2.6.平面度测量
平面度测量原理
平面度的测量是在角度测量的基础上进行的延伸。
平面度测量一般采用“对角法”在平面上进行相应次数的角度测量,通过软件算法可将角度的变化转换为平面上高度的变化,进而得到整个平面的平面度。
▲平面度测量的光路原理构建图
对角线法又称米字法,在平面度测量时,若激光干涉仪主机位于G点,激光束与线GE重合,建议按照EA、CA、DH、EG、AG、BF、CE、GC的次序进行测量。
▲对角法测量示意图
▲平面度测量的过程示意图
平面度测量配置
平面度测量配置主要由SJ6000主机、角度镜组、平面度镜组、SJ6000静态测量软件等组件构成。
其中,平面度镜组由180mm可调基板、360mm可调基板和平面度旋转镜构成。
平面度测量应用
▲大理石平台的平面度测量
2.7.回转轴测量
回转轴测量原理
回转轴测量需借助WR50自动精密转台,与SJ6000角度测量配合使用。
将WR50连接到回转轴上,作为测角标准器,WR50可实现0~360°的角度测量范围,±1″
的测量精度,最高转速为10rpm。
假设回转轴转动了5°,相连的WR50则反转5°,相对于SJ6000角度测量而言并未产生角度偏转,基于该原理即可实现回转轴0~360°的高精度测量。
回转轴测量软件会将WR50的角度值和SJ6000角度值合并进行计算,作为回转轴实际转动的角度值。
▲自动精密转台
回转轴测量配置及使用方法
回转轴测量配置主要由SJ6000主机、角度镜组、WR50自动精密转台、SJ6000静态测量软件等组件构成。
▲回转轴测量示意图
3.动态测量
3.1.动态测量概述
SJ6000动态测量软件搭配线性镜组、角度镜组或直线度镜组可以进行相应的线性、角度或直线度的动态测量与性能检测。
动态测量包括基于时间的动态测量和基于距离的动态测量,SJ6000动态测量软件可对动态测量数据进行位移分析、速度分析、加速度分析、振幅与频率分析等。
▲位移-时间曲线
▲速度-时间曲线
▲加速度-时间曲线
▲振幅-频率曲线3.2.动态测量应用
基于时间的动态测量
机器运动控制性能评价:
⏹运动控制器PID控制参数测试与设置
⏹高速运动后机器的稳定性测试与评价
⏹高性能运动控制器的微小步幅的测试
振动监视
⏹扫描应用:
用于定位精度不重要,但恒速对实现高质量成像非常关键的场合
⏹机床应用:
典型应用包括要求刀具慢速、平稳轮廓运动的高质量表面精加工
振动频率分析
⏹被测对象的振动频率分析
⏹FFT快速傅立叶变换分析
基于距离的动态测量
基于距离的动态测量,SJ6000激光干涉仪系统将沿着轴线“飞行”测量,即运动轴在不停顿的情况下以用户指定的间隔进行数据采集。
提供脉冲触发方式采集
CT70正交触发盒可监控光栅、编码器、控制器等信号,配合SJ6000激光干涉仪,可实现脉冲触发启动采集和连续脉冲触发采集。
适用于运动轴在不停顿的情况下,触发激光干涉仪按照指定的间隔位置进行数据采集。
▲CT70正交触发盒
4.产品功能特点
精度高
SJ6000激光干涉仪以干涉技术为核心,其光波可直接对米进行定义。
采用激光双纵模热稳频技术,可实现高精度、抗干扰能力强、长期稳定性好的激光频率输出;采用高精度环境补偿模块,可实现激光波长和材料的自动补偿;干涉镜与主机分离设计,避免干涉镜受热影响,保证干涉光路稳定可靠。
功能广
⏹可实现线性、角度、直线度、垂直度、平行度、平面度、回转轴等几何参量的高精密测量;
⏹可检测数控机床、三坐标测量机等精密运动设备其导轨的线性定位精度、重复定位精度等,
以及导轨的俯仰角、扭摆角、直线度、垂直度等;
⏹可实现对机床回转轴的测量与校准;
⏹可根据用户设定的补偿方式自动生成误差补偿表,为设备误差修正提供依据;
⏹具有动态测量与分析功能,包括位移分析、速度分析、加速度分析、振幅和频率分析等,
可进行振动分析、丝杆导轨的动态特性分析、驱动系统的响应特性分析等;
⏹支持手动或自动进行环境补偿。
软件强
⏹友好的人机界面;
⏹丰富的应用功能模块;
⏹向导式的操作流程;
⏹简洁化的记录管理;
⏹支持中文、英文和俄文界面;
⏹支持企业专属模板定制。
标准多
内置13份标准,包含GB、ISO、英标、美标、德标、日标等国内外通用标准。
可依据各种不同的机床标准分析处理数据,并可打印相应的曲线图和数据报告。
序号标准号标准名称
1GB/T17421.2-2000中国国家标准
2GB10931-1989中国国家标准
3ISO230-2-19971997版国际标准
4ISO230-2-20062006版国际标准
5ISO230-2-20142014版国际标准
6ASMEB5.54-2005美国国家标准
7ASMEB89.1.12M-1990美国机械工程师协会标准
8NMTBA-1997美国机床协会标准
9BS3800-2-1991英国机床标准
10BS4656-16-1985英国机床标准
11JISB6330日本国家标准
12VDI3441德国机床标准
13JJG117-2005平板检定规程
5.技术指标
主机
稳频精度:
0.05ppm
动态采集频率:
50kHz
预热时间:
≤6分钟
工作温度范围:
（0~40℃
存储温度范围:
（-20~70℃
环境湿度:
（0~95%RH
环境补偿单元
空气温度传感器:
±0.1℃（0~40℃,分辨力0.01℃
材料温度传感器:
±0.1℃（0~55℃,分辨力0.01℃
空气湿度传感器:
±5%RH（0~95%RH
大气压力传感器:
±0.1kPa（65~115kPa
线性测量
测量距离:
（0~80m（无需远距离线性附件
测量精度:
0.5ppm（0~40℃
测量分辨力:
1nm
测量最大速度:
4m/s
角度测量
轴向量程:
（0~15m
测量范围:
±10°
测量精度:
±（0.02%R+0.1+0.024M″（R为显示值,单位:
″;M为测量距离,单位:
m测量分辨力:
0.1″
平面度测量
轴向量程:
（0~15m
测量范围:
±1.5mm
测量精度:
±（0.2%R+0.02M2μm（R为显示值,单位:
μm;M为测量距离,单位:
m
基板尺寸:
180mm可调,360mm可调
测量分辨力:
0.1μm
直线度测量
轴向量程测量范围测量精度分辨力短距离（0.1~4.0m±3mm±（0.5+0.25%R+0.15M2μm0.01μm长距离（1.0~20.0m±3mm±（5.0+2.5%R+0.015M2μm0.1μm注:
R为显示值,单位:
μm;M为测量距离,单位:
m
垂直度测量
轴向量程测量范围测量精度分辨力短距离（0.1~3.0m±3/Mmm/m±（2.5+0.25%R+0.8Mμm/m0.01μm/m长距离（1.0~15.0m±3/Mmm/m±（2.5+2.5%R+0.08Mμm/m0.01μm/m注:
R为垂直度结果;M为测量距离,单位:
m
自动精密转台
型号:
WR50
角度测量范围:
（0~360°
测量精度:
±1″
分辨力:
0.1″
最高转速:
10rpm
最高跟踪速度:
2rpm
SJ6000激光干涉仪重量：
1.9kg高度：
148mm直径：
112mm通信方式：
蓝牙传输供电方式：
锂电池正交触发盒信号输入：
差分TTL（RS422正交编码信号、10μApp微电流信号输出形式：
10μs脉冲触发延时：
0.1μs供电电源：
12VDC尺寸重量与供电便携箱尺寸：
613mm×460mm×230mm标准配置重量：
18kg供电电源：
（100~240VAC安全要求激光的安全等级达到ClassI要求-24-
SJ6000激光干涉仪6.配件与证书配件序号123名称SJ6000主机通用三脚架笔记本电脑1台，配云台、电源适配器1个，配便携包1台，配测量软件环境补偿主机：
1个，内置空气湿度和大气压力传感器4环境补偿单元空气温度探头：
1个，线长5米材料温度探头：
3个，线长5米USB线：
2根磁性表座：
2个5标配附件安装柱：
4节辅助安装块：
1块水平仪：
1个67891011121314角度镜组平面度镜组短直线度镜组长直线度镜组线性附件线性镜组便携式拉杆箱线性干涉镜、线性反射镜，各1个，夹紧孔座2个1个，外尺寸：
613mm×460mm×230mm三坐标测头夹具：
1套轻型线性镜组：
小角锥反射镜、缩光镜，各1个可调转向镜：
1个角度干涉镜、角度反射镜，各1个180mm、360mm可调基板，各1个，平面度旋转镜2个短距离直线度干涉镜、短距离直线度反射镜，各1个长距离直线度干涉镜、长距离直线度反射镜，各1个选配选配选配选配选配选配选配标配明细备注-25-
SJ6000激光干涉仪1516171819直线度附件垂直度镜组大角锥反射镜、90度转向镜、直线度底座、M8接头，各1个光学直角尺、90°转向镜辅助安装块，各1个1台，配卡盘、USB数据线、USB电源适配器、蓝牙工具1台，配电源适配器、触发数据线夏、冬实验室工作服，各1件选配选配选配选配选配自动精密转台正交触发盒工作服注意事项：
nnnnn平面度测量配置需求：
平面度镜组＋角
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