應(yīng)用解讀：皮米精度激光干涉儀如何實現(xiàn)高精度實時位移反饋？

    “坐標(biāo)”這個概念源于解析幾何，其基本思想是構(gòu)建坐標(biāo)系，將點與實數(shù)起來，進而可以將平面上的曲線用代數(shù)方程表示。坐標(biāo)的概念應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中解決了大量實際問題，例如，坐標(biāo)測量機可采集被測工件表面上的被測點的坐標(biāo)值，并投射到空間坐標(biāo)系中，構(gòu)建工件的空間模型等諸多案例。

    坐標(biāo)測量機還被用于產(chǎn)品質(zhì)量控制，測量磨損，制造精度，產(chǎn)品形貌，對稱性，角度等工業(yè)產(chǎn)品參數(shù)，因此需要非常高的移動精度，才能確保測量的準(zhǔn)確性。德國attocube公司推出的IDS3010皮米精度位移測量激光干涉儀就是輔助坐標(biāo)測量機提高測量精度的有力手段。

圖1   皮米精度位移測量激光干涉儀IDS3010

IDS3010皮米精度位移測量激光干涉儀是如何幫助坐標(biāo)測量機實現(xiàn)高精度的呢？

圖2 IDS3010激光干涉儀集成到坐標(biāo)測量機探測臂上

    通常坐標(biāo)測量機要求探測臂位移精度高于1微米，現(xiàn)在坐標(biāo)測量機位移反饋大多是通過玻璃分劃尺來實現(xiàn)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(biāo)測量機上位于龍門處，一般情況下，采用玻璃分劃尺探測的不是探測臂本身，而是坐標(biāo)測量機龍門處的位置變化。實際上， 坐標(biāo)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，因此只憑借龍門處位置變化來判斷真實的位移反饋是不準(zhǔn)確的，影響到實際樣品的測量精度。

圖3 IDS3010激光干涉儀集成到坐標(biāo)測量機上。

坐標(biāo)測量機通過干涉儀探頭的配合，可反饋探測臂的位移。

    德國attocube公司的IDS3010皮米精度位移測量激光干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(xiàn)高精度測量。如圖3，激光探頭位于坐標(biāo)測量機側(cè)邊，M12/C7.6激光探頭出射的激光可以被探測臂上的反射鏡（直徑3mm）反射回激光探頭，IDS3010干涉儀通過分析干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。干涉儀能夠?qū)崟r測量該探測臂的位移以及振動等信息。

圖4 IDS3010實時位置測量軟件WAVE測量數(shù)據(jù)。
擴展圖為中間區(qū)域的數(shù)據(jù)放大。

    IDS3010配置的軟件WAVE可以實時觀測與保存測量數(shù)據(jù)。如圖4，坐標(biāo)測量機的運動數(shù)據(jù)被測量并記錄。圖中所示，前15秒與zui終10秒間的數(shù)據(jù)是0.8m距離的往復(fù)運動。中間時間的數(shù)據(jù)看似沒有變化，但通過WAVE軟件的放大功能，我們發(fā)現(xiàn)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軟件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(nèi)位移被調(diào)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。這對于探測樣品位移以及振動信息具有重大意義。

IDS3010技術(shù)特點：

    IDS3010皮米精度位移測量激光干涉儀具有體積小、適合集成到工業(yè)應(yīng)用與同步輻射應(yīng)用中的特點，同時，測量精度高，分辨率高達1 pm，是適合工業(yè)集成與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)無縫對接的理想產(chǎn)品。除與坐標(biāo)測量機結(jié)合使用外，在工業(yè)中的其他應(yīng)用實例也非常廣泛，包括閉環(huán)位移反饋系統(tǒng)搭建、振動測量、軸承誤差測量等等。

+ 測量精度高，分辨率高達1 pm

+ 測量速度快，采樣帶寬10MHz

+ 樣品zui大移動速度 2m/s

+ 光纖式激光探頭尺寸小，靈活性高

+ 兼容超高真空，極低溫，強輻射等環(huán)境

+ 極其可靠與穩(wěn)定

+ 環(huán)境補償單元，不同濕度、壓力環(huán)境中校正反射率參數(shù)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