Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Úvod do laserové interferometrie Počítačová podpora metrologie (XPP) Ústav metrologie a zkušebnictví.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Úvod do laserové interferometrie Počítačová podpora metrologie (XPP) Ústav metrologie a zkušebnictví."— Transkript prezentace:

1 Úvod do laserové interferometrie Počítačová podpora metrologie (XPP) Ústav metrologie a zkušebnictví

2 Slide 2 6/29/2014 Základní vlastnosti světelného paprsku vystupujícího z laseru Ústav metrologie a zkušebnictví L ight A mplification by S timulated E mission of R adiation (Zesilování světla stimulovanou emisí záření) Světelný svazek vystupující z laseru si můžeme představit jako světelnou vlnu se sinusovým průběhem. Světelná vlna vystupující z laseru má tři základní vlastnosti •Vlnová délka záření je přesně známá a dovoluje provádět přesná měření •Vlnová délka je velmi malá a umožňuje měřit s vysokým rozlišením •Všechny světelné vlny mají stejnou fázi a umožňují vznik interference (skládání světelných paprsků)

3 Slide 3 6/29/2014 Základní princip interferometrů - Michelson interferometer Ústav metrologie a zkušebnictví Paprsek prošlý destičkou dopadá na zrcadlo Z1 (pohyblivé), paprsek odražený dopadá na zrcadlo Z2 (fixní). Po odrazu na zrcadlech se oba paprsky opět vrátí na polopropustnou destičku kde se opět rozdělí. Část paprsků se vrací do zdroje (nezakresleno) a část paprsků postupuje směrem k detektoru s fotocitlivými prvky, kde se detekuje interference paprsků. Maximum odpovídá světlému interferenčnímu proužku, minimum tmavému interferenčnímu proužku. Počet interferenčních proužků prošlých přes štěrbinu fotodetektoru, je mírou změny délky dx. Pevné zrcadlo Z2 Pohyblivé zrcadlo Z1 Detektor s fotocitlivými prvky Monochromatický světelný zdroj Interferující paprsky Polopropustná destička Paprsek monochromatického světla vychází ze zdroje a dopadá na slabě postříbřenou polopropustnou destičku nastavenou pod úhlem 45 0 ke směru paprsku. Paprsek se na destičce rozdělí na dva navzájem kolmé paprsky. dx

4 Slide 4 6/29/2014 Konstruktivní a destruktivní interference Konstruktivní interference Destruktivní interference Ústav metrologie a zkušebnictví Interference – jev spojené se skládáním (světelných) vln. Pro k = 0, 1, 2,…n Kde ς 1 - ς 2 je fázový rozdíl mezi vlnami 1 a 2 Pro k = 0, 1, 2,…n Kde ς 1 - ς 2 je fázový rozdíl mezi vlnami 1 a 2

5 Slide 5 6/29/2014 Lineární interferometr Vstupní svazek Referenční svazek Měřící svazek Svazek vzniklý opětovným složením referenčního a měřícího svazku Schéma činnosti laserového interferometru I Ústav metrologie a zkušebnictví Větev referenční Větev měřící

6 Slide 6 6/29/2014 Nepohyblivý lineární odražeč Pohybující se lineární odražeč Vstupní svazek Referenční svazek Měřící svazek Svazek vzniklý opětovným složením referenčního a měřícího svazku Schéma činnosti laserového interferometru II Ústav metrologie a zkušebnictví

7 Slide 7 6/29/2014 Konstruktivní interferenceDestruktivní interference +-=+-= ++=++= Schéma činnosti laserového interferometru III Ústav metrologie a zkušebnictví

8 Slide 8 6/29/2014 He – Ne (helium - neonový) laser Lasery s malým výkonem •pracují s výkonem 0.1 – 2 mW •délka výbojky je do 300 mm •pracují na vlnové délce 0.633µm Jedná se o nejrozšířenější druh laseru používaného v metrologii. Základní částí je výbojka o délce 100 – 300mm naplněná He a Ne. Zhotovuje se teplovzdorného skla s dostatečnou tloušťkou stěny, základním požadavkem je její lineárnost, tuhost, zanedbatelná propustnost, vysoká kruhovitost vnitřního průměru. Lasery se středním výkonem •pracují s výkonem 2.5 – 15 mW •pracují na vlnové délce 0.63 a 1.15µm Lasery s vyšším výkonem •pracují s výkonem 20 – 60 mW •pracují na vlnové délce 0.63, 1.15 a 3.39µm Ústav metrologie a zkušebnictví

9 Slide 9 6/29/2014 Možnosti využití laserového interferometru –Přesnost polohování lineárních os –Přímost vedení a příčné vůle –Přímočarost pojezdů –Rovinnost –Kolmost –Přesnost polohování rotačních os –Rychlost, zrychlení pohyblivých dílců Ústav metrologie a zkušebnictví

10 Slide 10 6/29/2014 Základní a doplňující části laserového interferometru Optika pro přímočarost Optika pro polohování Úhlová optika Optika pro rovinnost Laserová hlavice Jednotka kompenzace podmínek prostředí USB Interface Ústav metrologie a zkušebnictví Optika a software pro stanovenírychlost, zrychlení

11 Slide 11 6/29/2014 Vliv prostředí na interferometrická měření λ – vlnová délka laserového paprsku ve vzduchu λ 0 – vlnová délka laserového paprsku ve vakuu n – index lomu vzduchu Vlnová délka laserového paprsku ve vzduchu závisí na indexu lomu vzduchu. Index lomu vzduchu je funkcí teploty, tlaku, vlhkosti a složení vzduchu (CO2 a další příměsi mají také malý vliv). Nejistotu měření ovlivňuje též znečištění optické cesty mezi laserem, interferometrem a koutovým odražečem a dále skutečná teplota měřeného předmětu Vlnová délka laserového záření vzroste o 1µm těmito změnami atmosferických podmínek • 1  C nárůst teploty vzduchu • 3.7 millibaru pokles tlaku vzduchu • 100% pokles % relativní vlhkosti Má-li interferometrické měření prováděné ve vzduchu poskytnout přesné výsledky, je nezbytné kompenzovat změnu indexu lomu vzduchu Ústav metrologie a zkušebnictví

12 Slide 12 6/29/2014 Kompenzační jednotka laserového interferometru Pokud je měření s HeNe laserem prováděno v běžném prostředí, přesnost kompenzace podmínek prostředí je mnohem důležitější než stabilita frekvence laserové hlavice. Čidlo tlaku Čidlo vlhkosti Čidla teploty vzduchu a materiálu Ústav metrologie a zkušebnictví

13 Slide 13 6/29/2014 Vliv kompenzace podmínek prostředí na přesnost měření Přesnost měření s/bez kompenzace 025%50%75%100% Tlak Teplota vzduchu Rel. vlhkostFrekvence laseru S kompenzací Bez kompenzace Ústav metrologie a zkušebnictví Relativní vyjádření přesnosti měření na podmínkách prostředí

14 Slide 14 6/29/2014 Lineární měření pomocí laserového interferometru Ústav metrologie a zkušebnictví Lineární odražeč Lineární interferometr Směr pohybu Čidlo teploty materiálu Kompenzační jednotka Montážní zařízení pro uchycení optiky Laser Stativ Čidlo teploty vzduchu Tiskárna Vyhodnocovací softvare Interface

15 Slide 15 6/29/2014 Princip lineárních měření pomocí laserového interferometru Ústav metrologie a zkušebnictví Lineární interferometr Lineární odražeč Referenční paprsek Měřící paprsek Lineární odražeč Osa pohybu Polopropust zrcadlo (dělič paprsku) Laserová hlava Laserová hlava je umístěna ve směru osy měření Pohled stranový

16 Slide 16 6/29/2014 Princip lineárních měření pomocí laserového interferometru Ústav metrologie a zkušebnictví Laserová hlava je natočena v pravém úhlu vzhledem k ose měření Pevné zrcadlo Referenční lineární odražeč Lineární interferometr Osa pohybu Měřící lineární odražeč Pohled horní

17 Slide 17 6/29/2014 Princip lineárních měření pomocí laserového interferometru Ústav metrologie a zkušebnictví Laserová hlava je natočena v obecném úhlu vzhledem k ose měření Referenční lineární odražeč Osa pohybu Měřící lineární odražeč Lineární interferometr Směrovací zrcadlo

18 Slide 18 6/29/2014 Reduktor paprsku a miniaturní reflektor při lineárních měřeních Schéma chodu paprsků Klasický a miniaturní lineární odražeč •Minimální vliv na dynamiku stroje - hmotnost 10g •Redukce paprsku ze 6 na 3mm a zmenšení odstupu •Rozsah do 4m Ústav metrologie a zkušebnictví Pohled stranový

19 Slide 19 6/29/2014 Software pro vyhodnocování lineárních měření Ústav metrologie a zkušebnictví

20 Slide 20 6/29/2014 „Mrtvá dráha“ vznikající při měření Ústav metrologie a zkušebnictví

21 Slide 21 6/29/2014 „Mrtvá dráha“ vznikající při měření Ústav metrologie a zkušebnictví Interferometr (stacionární optika) Lineární odražeč Pohybující se optika Výchozí hodnota Záznamu (nulování laseru) Výchozí hodnota Záznamu (nulování laseru) Dráha měření Mrtvý chod

22 Slide 22 6/29/2014 Cosinová chyba Ústav metrologie a zkušebnictví Laserový paprsek Skutečná vzdálenost Naměřená vzdálenost Osa pohybu

23 Slide 23 6/29/2014 Chyba způsobená nedodržením tzv. „Abbeho principu“ Ústav metrologie a zkušebnictví Osa pohybu Směr laserového paprsku Pohyblivá optikaAbbeho chyba Úhel

24 Slide 24 6/29/ Princip úhlových měření pomocí laserového interferometru Ústav metrologie a zkušebnictví First targe 50mmt Last target 250 Interval size 100mm Target I Target II Target III 2 arc.sec1 arc.sec

25 Slide 25 6/29/ Princip úhlových měření pomocí laserového interferometru Ústav metrologie a zkušebnictví First targe 50mmt Last target 250 Target I Target II Target III 5 arc.sec Interval size 100mm

26 Slide 26 6/29/2014 Ústav metrologie a zkušebnictví Typický diagram při úhlových měřeních

27 Slide 27 6/29/2014 Optika využívaná při úhlových měření Úhlový odražeč Úhlový interferometr Krytky se zaměřovacímy body Ústav metrologie a zkušebnictví

28 Slide 28 6/29/2014 Konfigurace úhlových měření pomocí laserového interferometru Ústav metrologie a zkušebnictví Úhlový interferometr Měřící paprsek Referenční paprsek Osa pohybu Úhlovýí odražeč Laserová hlava Laserová hlava je umístěna ve směru osy měření Pohled stranový

29 Slide 29 6/29/2014 Konfigurace úhlových měření pomocí laserového interferometru Laserová hlava je natočena v pravém úhlu vzhledem k ose měření Ústav metrologie a zkušebnictví Úhlovýí odražeč Úhlový interferometr Osa pohybu Pohled stranový

30 Slide 30 6/29/2014 Uspořádání úhlových měření pomocí laserového interferometru Ústav metrologie a zkušebnictví Tiskárna Směr pohybu Vyhodnocovací softvare Interface Stativ Laser Montážní zařízení pro uchycení optiky Úhlový interferometr Úhlový odražeč

31 Slide 31 6/29/2014 Umístění optiky reálného úhlového měření Ústav metrologie a zkušebnictví

32 Slide 32 6/29/2014 Konec V.bloku


Stáhnout ppt "Úvod do laserové interferometrie Počítačová podpora metrologie (XPP) Ústav metrologie a zkušebnictví."

Podobné prezentace


Reklamy Google