作者：成都工具研究所 羨一民 2 T!Tiu  
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隨著航空航天、重型機(jī)械、發(fā)電設(shè)備、船舶工業(yè)的發(fā)展，對(duì)大尺寸測(cè)量的要求越來(lái)越高。一些精密配合的大型零部件，尺寸達(dá)到十幾米甚至幾十米，精度要求達(dá)到IT7以上。如何測(cè)量這些零部件長(zhǎng)期以來(lái)一直是困擾計(jì)量工作者的技術(shù)難題。目前實(shí)際應(yīng)用的測(cè)量手段仍以外徑千分尺、內(nèi)徑測(cè)桿等傳統(tǒng)測(cè)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(duì)準(zhǔn)方法，與激光干涉儀相結(jié)合，用于測(cè)量大尺寸可達(dá)到很高的精度，但該方法必須使用高精度導(dǎo)向?qū)к�，限制了在生產(chǎn)、安裝現(xiàn)場(chǎng)的使用。因此，開發(fā)高精度、無(wú)導(dǎo)軌大尺寸測(cè)量技術(shù)，一直是長(zhǎng)度計(jì)量領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。 <$A,Ex94  
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激光技術(shù)的快速發(fā)展為大尺寸精密測(cè)量開拓了嶄新的領(lǐng)域。近二十年來(lái)，出現(xiàn)了多種無(wú)導(dǎo)軌大尺寸測(cè)量方法，其中，受到廣泛關(guān)注的無(wú)導(dǎo)軌激光干涉儀是近年來(lái)發(fā)展很快的一種先進(jìn)測(cè)量方法。 [nTI\17iA  
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小數(shù)重合法是無(wú)導(dǎo)軌激光干涉儀的基礎(chǔ)。它是一種測(cè)量和數(shù)據(jù)處理方法，常用于量塊檢定中。通俗地說(shuō)，這種測(cè)量方法就像用不同長(zhǎng)度的幾把“尺子”去量同一個(gè)物體，只要得到各次測(cè)量值的尾數(shù)，即可導(dǎo)出物體的實(shí)際長(zhǎng)度，它并不關(guān)心測(cè)量的實(shí)際過(guò)程。 Fx9-A8oIR  
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激光干涉儀是以波長(zhǎng)為基本計(jì)量單位的，多波長(zhǎng)激光器的發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)不同長(zhǎng)度“尺子”的基礎(chǔ)。激光器可以穩(wěn)定地輸出多種波長(zhǎng)的激光，利用光學(xué)拍波技術(shù)，可以將這些單波長(zhǎng)合成為一組波長(zhǎng)相近、間隔均勻的“合成波長(zhǎng)鏈”�！昂铣刹ㄩL(zhǎng)鏈”是一個(gè)塔形結(jié)構(gòu)，塔頂是最高一級(jí)合成波，其波長(zhǎng)最長(zhǎng)，塔底則是單波長(zhǎng)。測(cè)量時(shí)，干涉儀以不同波長(zhǎng)的激光工作，從最高級(jí)（最長(zhǎng)波）開始，逐級(jí)下降，直至單波長(zhǎng)。激光干涉儀的測(cè)量結(jié)果是在各種波長(zhǎng)干涉下的一組剩余相位，以此可推導(dǎo)出總測(cè)量長(zhǎng)度，由于每次的測(cè)量值都是剩余相位，與測(cè)量過(guò)程無(wú)關(guān)，因此不需要導(dǎo)向?qū)к墶? EB~]6.1  
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選擇合適的“合成波長(zhǎng)鏈”是無(wú)導(dǎo)軌激光干涉儀的關(guān)鍵。長(zhǎng)波干涉保證了測(cè)量值的唯一性，而測(cè)量精度則取決于短波干涉。為了簡(jiǎn)化測(cè)量過(guò)程，還有一種只使用一個(gè)合成波的方法，如采用幾百毫米的合成波，借助于普通測(cè)量工具（如卷尺）測(cè)出大致的合成波周期數(shù)，剩余相位由干涉儀測(cè)出，這種方法只需一次測(cè)量即可完成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也非常簡(jiǎn)練，但由于所使用的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，在測(cè)量精度上必然有所損失。 WYw#mSp  
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各國(guó)學(xué)者對(duì)無(wú)導(dǎo)軌激光干涉儀技術(shù)進(jìn)行了大量研究，研制開發(fā)了各種激光干涉儀，歸納如下： C=:<[_m`  
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（1）CO2激光干涉儀 }LzBo\  
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CO2激光器是一種非常適合無(wú)導(dǎo)軌激光測(cè)量的光源，它在10.6μm波段具有豐富的譜線，相鄰譜線的波長(zhǎng)差分布也比較均勻，構(gòu)成的“合成波長(zhǎng)鏈”的波長(zhǎng)可從10.6μm到25m，因此，CO2激光干涉儀一直是無(wú)導(dǎo)軌激光干涉儀的研究重點(diǎn)。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(jìn)，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(guò)激光器的腔長(zhǎng)控制，順序輸出6種波長(zhǎng)，用聲光調(diào)制器的零級(jí)衍射作為本振光，構(gòu)成外差系統(tǒng)，測(cè)量精度可達(dá)4×10-8。 (_T{Z>C/J  
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（2）Ne-Xe激光干涉儀 z3oi(  
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Ne-Xe激光器可以輸出3.53μm和3.37μm兩個(gè)波長(zhǎng)，合成波長(zhǎng)為84.2μm。從“合成波長(zhǎng)鏈”的角度考慮，波長(zhǎng)過(guò)短難以保證測(cè)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(zhǎng)鏈”延伸到464μm。Ne-Xe激光干涉儀的最大優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度可達(dá)1.8×10-7。 :xd;=;q5  
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（3）He-Ne激光干涉儀 at: li  
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