激光干涉儀是精度最高的線性位移測量儀器，其光波可以直接對米進行定義，可溯源至國家標(biāo)準(zhǔn)。但是我們在使用中往往會出現(xiàn)檢測偏離值，偏離我們的預(yù)估，以至于在高精度檢測時，對設(shè)備產(chǎn)生懷疑。今天我們來扒一扒引起激光干涉儀測量誤差的部分原因。

1、 阿貝誤差

因測量光學(xué)鏡組的安裝高度不在被測設(shè)備的運動軸上引起的測量誤差稱之為阿貝誤差。產(chǎn)生的原因是設(shè)備移動時存在俯仰、扭擺差，因此光學(xué)鏡組與運動軸偏置距離越遠，引起的阿貝誤差越大。

角度、偏置距離引起的誤差表(單位：um)

上表可得：角度1″在500mm偏置距離下引起的誤差大約是2.40um。

來個實際案例：以檢測機床時不同安裝高度為具體說明。

線性鏡組安裝距工作臺10cm

線性鏡組安裝距工作臺30cm

線性鏡組安裝距工作臺50cm

實驗結(jié)果：按GB/T17421.2《機床檢驗通則》2000版分析標(biāo)準(zhǔn)得出結(jié)果，鏡組安裝高度偏離設(shè)備運動軸線越遠，檢測結(jié)果中重復(fù)精度以及定位精度就越差。

正確方式：設(shè)備校準(zhǔn)時線性鏡組的安裝高度應(yīng)該盡量靠近被測軸，使光束與運動軸重合(或盡量靠近)，減小阿貝誤差。

擴展：SJ6000激光干涉儀用戶在進行兩臺同類設(shè)備定位精度的對比時，應(yīng)該進行同軸比對，即共用線性鏡組，這樣才具有可比性。

2、 環(huán)境因素

環(huán)境補償單元能準(zhǔn)確采集空氣溫度、壓力、相對濕度信息，基于Edlen公式計算空氣折射率，以此對波長進行補償。

1000mm示值因環(huán)境溫度、壓力、空氣濕度各自變化引起的示值變化量(單位：um)

同時環(huán)境補償單元中材料溫度探頭能實時高精度測量被測設(shè)備溫度，對其進行溫度補償。但是往往因為操作人員將材料溫度探頭放置在錯誤的位置，致使采集的數(shù)據(jù)不能真實反映被測物體溫度狀態(tài)，從而增大測量誤差。

上圖為在測長機上架設(shè)激光干涉儀用于檢測量塊的實際案例

設(shè)備安裝在樓層地下室，有良好的溫度風(fēng)流控制，有效處理了環(huán)境的震動問題、氣流擾動問題。測量時因把材料溫度探頭以“錯誤方式”放置在擺放電腦的鐵架上，材料溫度探頭采集了非真實的被測物溫度信息，致使300mm量塊檢測數(shù)據(jù)超差。

把材料溫度探頭以“正確方式”放置在被測量塊周邊，并給予充分的恒溫時間，測量結(jié)果趨于中國計量院的校準(zhǔn)值。

正確方式：在線性測量中，需要開啟環(huán)境補償單元，并正確設(shè)置補償材料的種類，放置材料溫度探頭的位置。在高精度的測量中，需要給予環(huán)境補償單元以及被測物充分的恒溫時間。

3、 余弦誤差

路徑與被測軸之間存在的任何未準(zhǔn)直都會造成測得的距離和實際的運動距離之間有差異，此誤差被稱為余弦誤差。

當(dāng)激光測量系統(tǒng)與運動軸未準(zhǔn)直時，余弦誤差會使得測量的距離比實際距離要短。隨著未準(zhǔn)直角度的增加，誤差也跟著顯著增加，如下表所示：

處理方法：若激光測量出現(xiàn)余弦誤差，則激光讀數(shù)將會小于原本應(yīng)有的數(shù)值。因此，通過“輕微”調(diào)整云臺的俯仰及偏轉(zhuǎn)旋鈕直到取得最大的激光讀數(shù)，將能消除軸上的余弦誤差。

4、死程誤差

死程誤差是在線性測量過程中與環(huán)境因素改變有關(guān)的誤差，在正常狀況下，死程誤差并不大，而且只會發(fā)生在定標(biāo)后以及測量過程中的環(huán)境改變。

當(dāng)測量時系統(tǒng)定標(biāo)為L1，若干涉鏡及反射鏡之間沒有動作，且四周的環(huán)境狀況有所改變，整個路徑(LI+L2)的波長(空氣中)都會改變，但測量系統(tǒng)只會對L2距離進行補償。 因此，死程測量誤差會由于光束路徑L1沒有獲得補償而產(chǎn)生。

處理方法：在設(shè)定定標(biāo)位置時，固定反射鏡和移動鏡組應(yīng)盡量彼此鄰接，以此減小死程誤差。

5、 鏡組的安裝細節(jié)

■ 將鏡組固定牢靠

為了最小化振動作用并加強測量穩(wěn)定性，鏡組應(yīng)牢靠固定到所需的測量點上;磁力表座應(yīng)直接吸住機床底座，避免吸裝在機床護罩或機床蓋等較薄弱的部分;確保吸裝的表面平坦且沒有雜質(zhì)。

6、 正確使用精度

上圖是中國計量科學(xué)研究院檢測SJ6000激光干涉儀線性位移的數(shù)據(jù)，這表明SJ6000激光干涉儀在正確的安裝手段、正確的環(huán)境補償、穩(wěn)定的測量環(huán)境下即使70米距離都能滿足0.1Lum(L測量長度，單位：m)精度，遠遠超出設(shè)備的線性標(biāo)稱精度0.5Lum(L測量長度，單位：m)。