作者：成都工具研究所 羨一民
v}(6 <wnnS N$I03m 隨著航空航天、重型機械、發(fā)電設(shè)備、船舶工業(yè)的發(fā)展，對大尺寸測量的要求越來越高。一些精密配合的大型零部件，尺寸達到十幾米甚至幾十米，
精度要求達到IT7以上。如何測量這些零部件長期以來一直是困擾計量工作者的技術(shù)難題。目前實際應(yīng)用的測量手段仍以外徑千分尺、內(nèi)徑測桿等傳統(tǒng)測量工具為主，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。清華大學(xué)曾研制出一套很好的對準(zhǔn)方法，與
激光干涉儀相結(jié)合，用于測量大尺寸可達到很高的精度，但該方法必須使用高精度導(dǎo)向?qū)к墸拗屏嗽谏a(chǎn)、安裝現(xiàn)場的使用。因此，開發(fā)高精度、無導(dǎo)軌大尺寸測量技術(shù)，一直是長度計量領(lǐng)域的一個重要課題。
;sOsT?)7$ LBlN2)\@ 激光技術(shù)的快速發(fā)展為大尺寸精密測量開拓了嶄新的領(lǐng)域。近二十年來，出現(xiàn)了多種無導(dǎo)軌大尺寸測量方法，其中，受到廣泛關(guān)注的無導(dǎo)軌激光干涉儀是近年來發(fā)展很快的一種先進測量方法。
p9[6^rj x8 HEF?mD3h 小數(shù)重合法是無導(dǎo)軌激光干涉儀的基礎(chǔ)。它是一種測量和數(shù)據(jù)處理方法，常用于量塊檢定中。通俗地說，這種測量方法就像用不同長度的幾把“尺子”去量同一個物體，只要得到各次測量值的尾數(shù)，即可導(dǎo)出物體的實際長度，它并不關(guān)心測量的實際過程。
#/-_1H p3x?[ Ww 激光干涉儀是以
波長為基本計量單位的，多波長
激光器的發(fā)展，是實現(xiàn)不同長度“尺子”的基礎(chǔ)。激光器可以穩(wěn)定地輸出多種波長的激光，利用
光學(xué)拍波技術(shù)，可以將這些單波長合成為一組波長相近、間隔均勻的“合成波長鏈”�！昂铣刹ㄩL鏈”是一個塔形結(jié)構(gòu)，塔頂是最高一級合成波，其波長最長，塔底則是單波長。測量時，干涉儀以不同波長的激光工作，從最高級（最長波）開始，逐級下降，直至單波長。激光干涉儀的測量結(jié)果是在各種波長干涉下的一組剩余相位，以此可推導(dǎo)出總測量長度，由于每次的測量值都是剩余相位，與測量過程無關(guān)，因此不需要導(dǎo)向?qū)к墶?
Tx>K:`oB ^Z,q$Gp~P 選擇合適的“合成波長鏈”是無導(dǎo)軌激光干涉儀的關(guān)鍵。長波干涉保證了測量值的唯一性，而測量精度則取決于短波干涉。為了簡化測量過程，還有一種只使用一個合成波的方法，如采用幾百毫米的合成波，借助于普通測量工具（如卷尺）測出大致的合成波周期數(shù)，剩余相位由干涉儀測出，這種方法只需一次測量即可完成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也非常簡練，但由于所使用的波長較長，在測量精度上必然有所損失。
3=.Y,ENM; $95~5]-nh 各國學(xué)者對無導(dǎo)軌激光干涉儀技術(shù)進行了大量研究，研制開發(fā)了各種激光干涉儀，歸納如下：
g.DLfwI| 't (O$ （1）CO2激光干涉儀
O1y|v[-BW |\9Tv N^$` CO2激光器是一種非常適合無導(dǎo)軌激光測量的
光源，它在10.6μm波段具有豐富的譜線，相鄰譜線的波長差分布也比較均勻，構(gòu)成的“合成波長鏈”的波長可從10.6μm到25m，因此，CO2激光干涉儀一直是無導(dǎo)軌激光干涉儀的研究重點。從1979年開始，由直流干涉系統(tǒng)到各種形式的光外差系統(tǒng)，CO2激光干涉儀歷經(jīng)多次改進，其中一種典型方案是上世紀(jì)九十年代澳大利亞研制的外差干涉儀，它通過激光器的腔長控制，順序輸出6種波長，用聲光調(diào)制器的零級衍射作為本振光，構(gòu)成外差系統(tǒng)，測量精度可達4×10-8。
Im72Vt: p- <=u m1P3X （2）Ne-Xe激光干涉儀
V%ii3 7 }o/: Ne-Xe激光器可以輸出3.53μm和3.37μm兩個波長，合成波長為84.2μm。從“合成波長鏈”的角度考慮，波長過短難以保證測量結(jié)果的唯一性，為此，系統(tǒng)加入了He-Ne激光器的3.39μm譜線，將“合成波長鏈”延伸到464μm。Ne-Xe激光干涉儀的最大優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，測量精度可達1.8×10-7。
dJuD|9R C*kK)6v ` （3）He-Ne激光干涉儀
