CDW-3000S-MO激光平面干涉儀

CDW-3000S-MO激光平面干涉儀是一款新型的非接觸高精度無損光學(xué)表面測量設(shè)備。它基于菲索干涉原理，通過分析干涉條紋來確定光學(xué)表面面形。該設(shè)備集成了*的光學(xué)、機(jī)械和電子技術(shù)，具有不損傷被測物品、測量精度高、測量時(shí)間短的特點(diǎn)；實(shí)現(xiàn)了對準(zhǔn)光路和成像光路的電子切換，方便了用戶的使用。 CDW-3000S-MO適用于車間加工過程的在線檢測和大型的高精度器件檢測。
建議檢測精度為整體精度≤5um的大型平面。

CDW-3000S-MO主要技術(shù)指標(biāo)

配置清單

一 主要數(shù)據(jù)

• 標(biāo)準(zhǔn)平面（A面）,不鍍膜。工作直徑：D1=φ285mm 不平度小于0.05um
  2.第二標(biāo)準(zhǔn)平面（B面），不鍍膜。工作直徑：D2=φ285mm 不平度小于0.08um
  3.準(zhǔn)直系統(tǒng)：孔徑F/2.8，???????? 工作直徑：D0=φ285mm 焦距：f=400mm
  4.測微目鏡：焦距f=16.7mm，放大倍數(shù)β=15X，視場角2W=40°， 成像物鏡：1.D=4.5 II.D=7 III.D=10 F=15 f=23 f=37

• 5.工作波長：632.8nm
  6.干涉室尺寸：深400寬500*400mm。
  7.光源規(guī)格：激光ZN18（He-Ne）。
  8.儀器的外形尺寸：長*寬*高 500*600*1200mm
  9.儀器重量：150公斤

圖一 標(biāo)準(zhǔn)平面（A面）精度照片

圖二 第二標(biāo)準(zhǔn)平面（B面）

二，工作原理
本儀器工作基于雙光束等厚干涉原理。
根據(jù)近代光學(xué)的研究結(jié)果，光兼有波動與顆粒兩重特性。光的干涉現(xiàn)象是光的波動性的特性。因此，

介紹本節(jié)內(nèi)容時(shí)，僅在光的波動性的范圍內(nèi)討論，例如，把“光"稱為“光波"，“平行光"稱為

“平面光"。 波長為的單色光經(jīng)過儀器有關(guān)的光學(xué)系統(tǒng)后成為平面波M。（如圖三所示），經(jīng)儀

器的標(biāo)準(zhǔn)平面P1和被檢系統(tǒng)P2反射為平面波M1和 M2。M1、M2即為兩相干光波，重疊后即產(chǎn)生等

厚干涉條紋。

等厚干涉原理
能夠產(chǎn)生干涉的光束，叫相干光。相干光必須滿足三個(gè)條件：1.震動方向必須一致，2.頻率相等：

3.光束必須相遇，且在相遇點(diǎn)處的相位差在整個(gè)時(shí)間內(nèi)為一常量。如圖三（3）基準(zhǔn)面P1，被測

面為P2.當(dāng)平行光束是S-S射到基準(zhǔn)面P1上時(shí)，其中一部分反射為S′-S′，
另一部分折射為B-F，進(jìn)入基準(zhǔn)面和被測面之間的空氣層內(nèi)，經(jīng)被測零件的上表面P1反射之后

，沿方向S′-S′射出。 兩束光在C點(diǎn)處相遇，其光程差為：=(BF+FC)n′-EC.n

（1） 式中n′和n——分別表示玻璃和空氣的折射率。由圖三（3）可得：BF=FC=

(2)式中 h——空氣層的厚度；i和i′——分別為入射角和折射角由△BEC和△BCF可行EC=BCsini

（3） BC=2h tgi′（4） 將公式

(4)代入（3）后，再和（2）一起代入（1）得： 因?yàn)閚 sin i=n′sin i′,所以 空氣的折射率n=1，故 =2 h cos? i′ 由于光線在被測零的表面上反射，其位相將發(fā)生/2的突變，故光程差應(yīng)該用下式來表示：

（5） 為了討論方便起見，將公式（5）寫成如下的形式：
當(dāng)式中的m為整數(shù)時(shí)，m即為干涉級數(shù)。由于這時(shí)相干光的初始相位差φ=0，所以m即為干涉條紋的條紋數(shù)，亦即通常所說的光圈數(shù)。
由公式（5）可以看出：光程差的大小僅僅與空氣層的厚度和光線的折射角有關(guān)。相干光束

以相同的傾角射入空氣層，由于空氣厚度的變化，所呈現(xiàn)的亮暗相間的干涉條紋是對空氣層

上等厚度點(diǎn)的軌跡，這類干涉就稱為等厚干涉。
見圖三（2）由于儀器的標(biāo)準(zhǔn)平面P1具有很高的精度，因此可以認(rèn)為：經(jīng)P1反射后的波面M1

與M0*相同。
假使被檢系統(tǒng)P2*，因此也可以認(rèn)為：經(jīng)P2反射后的波面M2與M0*相同，即與M1完

全相同。
如果M1、M2之間存在楔角,則兩波面疊加相干時(shí)，得到平行的、直線的、等間距的一系列干

涉條紋，相鄰兩條紋的間隔——即條紋寬度B由下決定：
B=?? (以弧線計(jì))…………………

（6） 式? B=? (以秒計(jì)算)………

(7) 當(dāng)B=632.8nm時(shí)（He-Ne激光輸出波長）時(shí)， B=130.528/ （mm） (8) 由（6）（7）（8）式可知：

• 愈大，B愈小，條紋愈密，窄（圖四a）

• 愈小，B愈大，條紋愈疏，寬（圖四b）

• =0，B=，干涉場為一片顏色（圖四c）

如果被檢系統(tǒng)P2存在缺陷，則反射波面M2將產(chǎn)生對M1的某些偏離，此時(shí)將產(chǎn)生與下述不同的干涉條紋。

圖四
如M2是一半徑很大的球面波，則可能得到圓弧的干涉條紋(圖五a)。
如M2是一半徑不是很大的球面波，則可能得到一系列圓環(huán)形的干涉條紋（圖五b）
如M2是柱面的波形，則可能那個(gè)得到一系列直線的平行的，但間距不等的干涉條紋也可能得到

彎曲的，但不是圓弧狀的干涉條紋（圖六a）
如果M2是一個(gè)不規(guī)則的波面，則得到相應(yīng)不規(guī)則的干涉條紋（圖六a）

因此，我們得到的干涉圖正確地表現(xiàn)力經(jīng)被檢系統(tǒng)反射形成的波面的全部誤差信息，對這些

條紋進(jìn)行正確地解釋或計(jì)算，可以測得被檢系統(tǒng)的誤差。
對于被檢平面，常用N、△N來表示其平面性精度。

圖五

圖六

• 使用中的幾點(diǎn)說明

3-1防震
我公司生產(chǎn)的激光平面干涉儀在設(shè)計(jì)時(shí)，對儀器結(jié)構(gòu)本身的防震作過一定的考慮，因此一般只要

在工作臺上放一塊10毫米厚度的橡皮或毛氈即可，工作場地的地面應(yīng)結(jié)實(shí)牢固，不允許有人走動

時(shí)能感覺到的震動。儀器如放在木制工作臺時(shí)，因儀器本身有100公斤，為使工作臺變形引起震

動，因此儀器需放在腳比較結(jié)實(shí)的一邊，這樣就能減少晃動。
3-2干涉條紋數(shù)的確定和方向

??? 在干涉測量時(shí)，對于干涉條紋數(shù)目選擇多少影響到工件本身的測量誤差。干涉條紋數(shù)目

太少（疏）反映不了整個(gè)面形的誤差，干涉條紋數(shù)目太多（密），干涉條紋失高的測量誤差也

很難計(jì)算。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，使被檢區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)3-5干涉條紋，這樣誤差就能容易判斷。如果對高

精度平面的測量，以米字形四個(gè)方向?qū)Ω缮鏃l紋進(jìn)行觀察，這樣就更能客觀地反映被檢工

件整個(gè)的面形誤差。如圖七所示。 圖七 觀察、照相干涉條紋四個(gè)方向
3-3干涉條紋的正負(fù)判斷
區(qū)分被檢工件平面度的正負(fù)即高（凸）低（凹）圈的方法很多。以本儀器而已，從使用方便角

度來看，首先用手指輕輕托托被檢工件的下方，看干涉條紋的移動方向，然后把門關(guān)上，在用

肉眼觀察的，同時(shí)用兩手輕輕從上至下按動儀器中的微動手輪，看是否與托被檢工作臺一致

（一般都是一致的），此時(shí)從視場中就能很容易地看到條紋在按動中向某一個(gè)方向移動，根

據(jù)我公司儀器情況，如果按下去條紋凸的方向向外擴(kuò)散（如圖八），我們就認(rèn)為工件面形為高

光圈（凸面），如果條紋方向按下去收縮，我們就認(rèn)為低光圈（凹圈）。若按動微動手輪和輕

托工作臺不一致，就按輕托工作臺為準(zhǔn)，用這個(gè)方法在檢測中比較簡單，使用起來也極為方便。

圖八? 干涉條紋判別
3-4影響條紋清晰度的幾種原因
影響條紋清晰度的原因很多，我們在使用過程中大致有以下幾種情況：

• 激光光束與小球關(guān)系

在使用中，激光光束是否很均勻地照射在φ2mm的小球上（G1）,如果有偏離，使干涉場強(qiáng)不均勻，

這樣觀察到的條紋就有粗細(xì)，容易造成條紋精度的判別錯(cuò)誤，因此在使用前，調(diào)節(jié)光束是必須的。

• 激光管老化： 激光管在使用一段時(shí)間后，光亮度會減弱，同時(shí)會出現(xiàn)忽亮忽暗現(xiàn)象，此

• 時(shí)看到的條紋也是不清晰的，換一根管子即能排除。

• 被檢工件面和主鏡與小球的不清潔：、

如被檢工作面沒有擦清或主鏡有手印時(shí)間長了出現(xiàn)霉斑以及小球占上灰塵都能影響干涉條紋的

清晰度，因此，在檢定前清洗各光學(xué)件是必須的。

• 被檢工件和主鏡的高度：

在檢測時(shí)，被檢工件靠近主鏡，這是由于不可避免的模式競爭，使激光管的單色性更差，

從而使干涉條紋模糊，在工作中我們發(fā)現(xiàn)越靠近主鏡（當(dāng)然不要碰到主鏡），它的條紋越清晰。