應用解讀:皮米精度雷射幹涉儀如何實現高精度實時位移反饋?

2020-11-23 儀器信息網

「坐標」這個概念源於解析幾何，其基本思想是構建坐標系，將點與實數聯繫起來，進而可以將平面上的曲線用代數方程表示。坐標的概念應用到工業生產中解決了大量實際問題，例如，坐標測量機可採集被測工件表面上的被測點的坐標值，並投射到空間坐標系中，構建工件的空間模型等諸多案例。

坐標測量機還被用於產品質量控制，測量磨損，製造精度，產品形貌，對稱性，角度等工業產品參數，因此需要非常高的移動精度，才能確保測量的準確性。德國attocube公司推出的IDS3010皮米精度位移測量雷射幹涉儀就是輔助坐標測量機提高測量精度的有力手段。

圖1   皮米精度位移測量雷射幹涉儀IDS3010


IDS3010皮米精度位移測量雷射幹涉儀是如何幫助坐標測量機實現高精度的呢？

圖2 IDS3010雷射幹涉儀集成到坐標測量機探測臂上

通常坐標測量機要求探測臂位移精度高於1微米，現在坐標測量機位移反饋大多是通過玻璃分劃尺來實現的。玻璃分劃尺是常用的一種位置測量的方法，分劃尺在坐標測量機上位於龍門處，一般情況下，採用玻璃分劃尺探測的不是探測臂本身，而是坐標測量機龍門處的位置變化。實際上， 坐標測量機的探測臂與龍門之間有一定長度的距離，它們的位置變化會因存在例如振動、位置差等而有所不同，因此只憑藉龍門處位置變化來判斷真實的位移反饋是不準確的，影響到實際樣品的測量精度。



圖3 IDS3010雷射幹涉儀集成到坐標測量機上。

坐標測量機通過幹涉儀探頭的配合，可精確反饋探測臂的位移。

德國attocube公司的IDS3010皮米精度位移測量雷射幹涉儀通過非接觸式方法測量，可以直接測量探測臂的運動，避免龍門處探測誤差，實現高精度測量。如圖3，雷射探頭位於坐標測量機側邊，M12/C7.6雷射探頭出射的雷射可以被探測臂上的反射鏡（直徑3mm）反射回雷射探頭，IDS3010幹涉儀通過分析幹涉信號從而進行位置測量。探測臂能夠移動0.8米距離，移動精度達到10微米。幹涉儀能夠實時測量該探測臂的位移以及振動等信息。


圖4 IDS3010實時位置測量軟體WAVE測量數據。
擴展圖為中間區域的數據放大。

IDS3010配置的軟體WAVE可以實時觀測與保存測量數據。如圖4，坐標測量機的運動數據被測量並記錄。圖中所示，前15秒與最終10秒間的數據是0.8m距離的往復運動。中間時間的數據看似沒有變化，但通過WAVE軟體的放大功能，我們發現中間時間的探測臂其實進行了10微米的步進運動。同時，通過WAVE軟體我們也可以觀測到步進運動的詳細變化過程。每一個步進大約2秒，在運動初始的時候位移有超過，在大約0.4秒的短時間內位移被調整為10微米的步進長度。而在步進的末尾，也有小幅的位置噪音，該噪音一般是由于振動引入。這對於精準探測樣品位移以及振動信息具有重大意義。


IDS3010技術特點：

IDS3010皮米精度位移測量雷射幹涉儀具有體積小、適合集成到工業應用與同步輻射應用中的特點，同時，測量精度高，解析度高達1 pm，是適合工業集成與工業網絡無縫對接的理想產品。除與坐標測量機結合使用外，在工業中的其他應用實例也非常廣泛，包括閉環位移反饋系統搭建、振動測量、軸承誤差測量等等。

+ 測量精度高，解析度高達1 pm

+ 測量速度快，採樣帶寬10MHz

+ 樣品最大移動速度 2m/s

+ 光纖式雷射探頭尺寸小，靈活性高

+ 兼容超高真空，極低溫，強輻射等極端環境

+ 極其可靠與穩定

+ 環境補償單元，不同溼度、壓力環境中校正反射率參數提高測量精度

+ 多功能實時測量界面，包含HSSL、AquadB、CANopen、Profibus、EtherCAT、Biss-C等界面


相關產品及連結：

1、皮米精度位移雷射幹涉器attoFPSensor：http://www.instrument.com.cn/netshow/C159543.htm

2、EcoSmart Drive系列納米精度位移臺：http://www.instrument.com.cn/netshow/C168197.htm

3、低溫強磁場納米精度位移臺：http://www.instrument.com.cn/netshow/C80795.htm

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