全自動線紋尺檢測設(shè)備

線紋尺 (Line scale) 一般由玻璃制成赛糟，表面上準(zhǔn)確地刻有等間距平行線讥认，通常配置在比長儀方占、顯微鏡、測量儀器等長度測量設(shè)備上宽用，作為測量距離和行程精度的重要參考基準(zhǔn)颊嘱。測量線紋尺上的刻度距離需要高精度儀器宋睦，測量分辨率往往要求達到納米級，任何微小的環(huán)境因素所造成的誤差都會影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性腊拍。附屬于香港特別行政區(qū)政府創(chuàng)新科技署的標(biāo)準(zhǔn)及校正實驗所 (SCL) 設(shè)計并制造了一臺全新線紋尺測量系統(tǒng)琐侣，其采用雷尼紹XL-80激光干涉儀補償測量過程中因測量機臺架設(shè)位置偏移所導(dǎo)致的誤差。

香港特別行政區(qū)政府創(chuàng)新科技署轄下的標(biāo)準(zhǔn)及校正實驗所負(fù)責(zé)制定和維護香港地區(qū)的物理測量參考標(biāo)準(zhǔn)呆淑，并為本地的測量標(biāo)準(zhǔn)及測量儀器使用者提供校正服務(wù)汇径，以確保其準(zhǔn)確執(zhí)行測量工作，且能正確溯源至相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)罗卿。除此之外史隆，標(biāo)準(zhǔn)及校正實驗所還為檢測及認(rèn)證行業(yè)實驗室提供能力驗證服務(wù)，以證明他們具備相應(yīng)的技術(shù)能力曼验。

線紋尺測量系統(tǒng)的工作原理和結(jié)構(gòu)

測量線紋尺上的刻度精度簡單來說就是測量被測線與參考線（一般是零位）之間的距離泌射，結(jié)合影像分析和激光補償技術(shù)，系統(tǒng)可計算并調(diào)整數(shù)據(jù)（線紋）讀取位置鬓照，從而減少阿貝誤差 (Abbe error)熔酷。不過在實際操作中，該系統(tǒng)往往需要將更多實際環(huán)境因素以及其他不確定性計算在內(nèi)豺裆，因此在設(shè)計時必須有效地對各種環(huán)境和人為因素所引起的誤差進行補償拒秘。SCL 所研發(fā)的線紋尺測量系統(tǒng)主要由光學(xué)防震平臺、移動平臺臭猜、攝像頭躺酒、顯微鏡、像素計算程序蔑歌、光學(xué)鏡組（包括分光鏡羹应、反射鏡）及雷尼紹激光干涉儀組成。線紋尺的長度測量范圍為0.01mm到750 mm次屠，而系統(tǒng)的測量不確定度僅為0.15 - 0.41 nm脆逊。

線紋尺測量系統(tǒng)配置了一臺雷尼紹XL-80激光干涉儀，用于對系統(tǒng)中出現(xiàn)的阿貝誤差進行補償焕徽。系統(tǒng)中的移動平臺采用以壓電電機驅(qū)動的空氣軸承平臺，全長800 mm行程的直線度為0.9 um怕事，重復(fù)精度達20 nm竹恃；最大扭擺、俯仰和滾擺角誤差分別為+/-0.5角秒旅测。由于SCL位于大廈的35層肘勾，風(fēng)和道路交通引起的振動會影響測量精確度，因此必須將系統(tǒng)放置在光學(xué)防震平臺兆布。

線紋尺測量工作臺上箫废。在環(huán)境補償方面础姚，系統(tǒng)配置了空氣壓力、空氣溫度譬功、材料溫度和濕度傳感器填恬。被測線紋尺放置在以光學(xué)平臺為基體的固定式獨立測量平臺上，而攝像頭和顯微鏡則架設(shè)在可移動龍門式平臺上奋隶，目的是協(xié)助系統(tǒng)準(zhǔn)確定位線紋的位置擂送。因為每條線紋都有一定的寬度，以線紋的中心線作為其位置可提升整體測量精度唯欣。換句話說嘹吨，借助影像技術(shù)，系統(tǒng)可找出線紋的中心線并定義為線紋最終位置境氢。

執(zhí)行測量時蟀拷，移動平臺根據(jù)系統(tǒng)發(fā)出的信號移動并停留在被測線紋的默認(rèn)位置。停頓后萍聊，激光干涉儀讀取位置數(shù)據(jù)问芬， 同時攝像頭拍攝目標(biāo)線紋的影像進行分析，得出當(dāng)前位置（以像素值顯示與零位的距離）并與實際計算距離進行比對脐区，系統(tǒng)根據(jù)差值指示移動平臺進行位置微調(diào)愈诚。干涉儀再次讀取位置數(shù)據(jù)。整個程序需要重復(fù)多次直到差值在特定像素值范圍內(nèi)牛隅，從而得出最終的線紋位置炕柔。

XL-80在系統(tǒng)中的應(yīng)用

阿貝誤差簡單來說就是測量軸與被測工件運動軸之間的偏移所產(chǎn)生的誤差，我們?nèi)粘Ｋ玫挠螛?biāo)卡尺是典型例子之一媒佣。在使用游標(biāo)卡尺進行測量時触法，夾住被測物的兩個端點與測量軸之間一定會出現(xiàn)偏移情況，從而產(chǎn)生誤差据伏。對于千分表來說展稼， 由于測量軸和被測工件的軸在同一條線上，因此阿貝誤差為零骏庙。

選擇合適的激光干涉儀

就激光干涉儀而言俩堡，線性測量的精度不僅與激光頻率的穩(wěn)定性有關(guān)，同時也取決于激光波長的已知精度辣棉。而在實際應(yīng)用環(huán)境中氏诽，激光束通過空氣時，空氣折射率往往會對激光波長產(chǎn)生影響狰赘，由于折射率隨著空氣（非真空環(huán)境）的溫度壳凳、氣壓和濕度而變化，因此必須對激光波長進行補償以降低最終的測量誤差扮人。補償器通過傳感器測量工作環(huán)境的各個參數(shù)浆左，自動計算這些參數(shù)對空氣折射率的影響挥闸，并調(diào)整激光讀數(shù)以補償激光波長的變化，無需用戶干預(yù)和經(jīng)常對補償進行更新伪节。

雷尼紹XL-80激光干涉儀是目前市場上真正快速光羞、精確、便攜的校準(zhǔn)系統(tǒng)架馋。精確穩(wěn)定的激光源和準(zhǔn)確的XC-80環(huán)境補償器狞山，保證了±0.5 ppm（在空氣環(huán)境中）的線性測量精度。系統(tǒng)以高達50 kHz的頻率讀取數(shù)據(jù)叉寂，最高線性測量速度可達4 m/s萍启， 即使在最高速度下線性分辨率仍可達1 nm。所有測量選項（不僅是線性）均采用干涉法測量屏鳍，確保所記錄數(shù)據(jù)的精度勘纯。XL-80 配備先進、易用的人性化操作軟件钓瞭，為用戶提供最全面的機器校準(zhǔn)方案驳遵。

雷尼紹XL-80激光干涉儀在系統(tǒng)中所扮演的角色是補償測量系統(tǒng)中的誤差，無論是移動平臺的直線度山涡、線紋尺的放置位置堤结，還是反射鏡的位置等主渤，在架設(shè)時都難免會存在角度偏擺夯架， 導(dǎo)致在測量時出現(xiàn)所謂的阿貝誤差享处。系統(tǒng)在設(shè)計上使用激光干涉儀舱卡，以對稱形式在移動平臺兩邊的軸上進行測量，任何因角度偏移所導(dǎo)致的阿貝誤差值改變都會被另一邊軸的激光所補償恍风。而干涉儀的架設(shè)采用了典型的線性測量配置禾计，如上頁插圖所示卖檬，激光束通過分光鏡S分成兩路寻适，一路形成參考光束經(jīng)轉(zhuǎn)向鏡T及反射鏡R回到激光源探測器藏崇，另一路則通過轉(zhuǎn)向鏡T1、

T2凤婆、T3及反射鏡R形成長度變化的測量光束短揉。另外，XL-80干涉儀在測量過程中也補償了因環(huán)境造成的潛在誤差非畜，其內(nèi)置的壓力和濕度傳感器精度分別達1 mbar和6% RH刚肠，外置的材料和空氣傳感器精度分別達0.1和0.2度。數(shù)據(jù)顯示胜溢，在干涉儀的幫助下谴垫，系統(tǒng)整體減少約95%的阿貝誤差章母。

雷尼紹XL-80系列激光干涉儀

詳情請訪問：(暫不可見)/scl

（雷尼紹中國）

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