5.2. Система компенсації показника заломлення

Незважаючи на те, що частота випромінювання лазера стабілізована з високою точністю, довжина хвилі випромінювання в повітрі залежить від змін показника заломлення повітря. Зміна показника заломлення як функція зміни параметрів атмосфери описується рівнянням:

,

(5.3)

де n – показник заломлення;

P – атмосферний тиск в hPa;

T – температура повітря в градусах Цельсія;

P_w – парціальний тиск пари води в повітрі в hPa.

З метою одержання високої точності вимірів, виконуваних за допомогою лазерного інтерферометра, показник заломлення в повітрі виміряється автоматично та значення довжини хвилі лазерного випромінювання коррегуеться. Щоб виключити помилку, пов'язану з температурним розширенням підставки, на якому виконуються виміри, автоматично виміряється температура підставка в декількох місцях.

Система компенсації показника заломлення гарантує вимір параметрів атмосфери й автоматичне обчислення параметра корекції довжини хвилі випромінювання. Вимір температури підставки верстата зі ЧПУ використовується для корекції результатів виміру відносно 20^оС.

Вимір температури повітря й температури основи в трьох рівновіддалених точках проводиться в інтервалі 10-30^оС, точність вимірів становить 0,1^оС.

Атмосферний тиск виміряється в діапазоні 940-1060 hPa, інтервал - 1 hPa, точність - 1 hPa.

Відносна вологість виміряється в діапазоні 10-90%, інтервал між вимірами - 1%, точність - 5%.

Залежно від характеру проведених вимірів у лазерній вимірювальній системі використовуються чотири конфігурації елементів оптичного інтерферометра: оптика для лінійних вимірів, оптика для кутових вимірів, оптика для виміру прямолінійності й оптика для виміру взаємоперпендикулярності.

5.3 Оптика для лінійних вимірів

Випромінювання лазерної голівки, ділиться на поверхні поляризаційного дільника інтерферометра на два промені (рис. 5.3).

Рисунок 5.3 – Вимірювальна частина лазерної голівки

Один промінь частотою F1 проходить через інтерферометр і відбивається від рухливого ретрорефлектора. Другий промінь частотою F2 відбивається від ретрорефлектора відносно пов'язаного з інтерферометром. Обидва промені після відбиття направляються на вимірювальний детектор, що перебуває в лазерній голівці. У результаті ефекту Доплера при переміщенні вимірювального ретрорефлектора змінюється частота проміня F1 на F_d. На поверхні вимірювального детектора обидва промені F1 і F2 змішуються. Обчислювальна різниця цих частот відрізняється від зеєманівскої частоти, відповідно до частоти Доплера. Віднімаючи з обчислювальної частоти частоту віднесення, одержуємо сигнал частоти, що залежить від швидкості переміщення ретрорефлектора. Цей сигнал дає можливість визначити величину переміщення вимірювального ретрорефлектора.

Оптика для лінійних вимірів використовується при вимірі: відстаней швидкості переміщення, розташування в осі машини й дослідженні приводів (передач).

5.4 Оптика для кутових вимірів

Оптична схема кутових вимірів представлена на рис. 5.4. Тут також використовуються два промені із частотою F1 і F2. У кутовому інтерферометрі дзеркало, що відбиває, повністю установлене під кутом 45^°, використовується замість опорного ретрорефлектора. Обидва промені частотою F1 і F2 проходять через інтерферометр і поширюються в паралельних напрямках.

Рисунок 5.4 - Оптична схема кутових вимірів

Після відбиття від кутових ретрорефлекторів промені направляються на вимірювальний детектор, розташований у лазерній голівці. Кутове переміщення кутового ретрорефлектора викликає зміну частоти обох відбитих променів. Знаючи різницю частоти обох відбитих променів, можна обчислити різницю шляхів цих оптичних променів. Знаючи різницю оптичних шляхів і відстань між елементами відбивача ретрорефлектора (для системи LSP-30-Compact 2 дюйми), можна визначити кутове переміщення ретрорефлектора.

Оптика для кутових вимірів застосовується в лазерних системах при вимірі: кутових відхилень, прямолінійності, площинності поверхні й для позиціювання кутових зсувів.

5.5 Оптика для виміру прямолінійності

Ця оптика дозволяє вимірювати прямолінійність методом зсуву. В оптичній системі, представленої на рис. 5.5, два промені частотою F1 і F2, що виходять із лазерної голівки проходять через призму Воластона. Через те, що коефіцієнт заломлення призми різний для двох взаимоперпендикулярних площин поляризації, на виході призми промені випромінювання частотою F1 і F2 відхиляються під кутом  0,5^о.. Промені відбиваються від двох дзеркал і повертаються до призми і через оптичну систему зсуву направляються на вимірювальний детектор.

Рисунок 5.5 - Оптика для виміру прямолінійності

У такій оптичній системі поперечні переміщення променів призмою Воластона приводять до зміни оптичного шляху для променів F1 і F2 і, відповідно, до зміни частоти цих променів на величину f_d. В описаній оптичній схемі прямолінійність можна виміряти як при переміщенні призми Воластона, так і дзеркал уздовж вісі виміру.