CC BY
132
УДК 528.2:528.389
ОПЫТ СОЗДАНИЯ
ЛАЗЕРНОГО ИНТЕРФЕРАЦИОННОГО КОМПАРАТОРА СГГА Александр Викторович Куликов
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, заведующий метрологической лабораторией, тел. (383)343-44-71, email: metrol@ssga.ru
Владимир Адольфович Середович
Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, проректор но научной работе и инновационной деятельности, тел. (383)343-39-57, e-mail: v.seredovich@list.ru
На основе лазерного интерферометра ML10 Gold Standard производства Renishaw планируется создать современную измерительную систему для обеспечения единства измерений в отрасли с целью повышения точности измерений, эффективности и качества выполнения геодезических работ.
Ключевые слова: интерференционный компаратор, лазерный интерферометр ML10 Gold Standard.
EXPERIENCE OF LASER INTERFERENCE COMPARATOR DEVELOPMENT AT SSGA
Alexander V. Kulikov
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Head of Metrological Laboratory, tel. (383)343-44-71, e-mail: metrol@ssga.ru
Vladimir A. Seredovich
Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Vice-rector for Research and Innovations, tel. (383)343-39-57, e-mail: v.seredovich@list.ru
Renishaw laser interferometer ML10 Gold Standard is to be used as a basis for developing modern measuring system for ensuring measurements unity in the industry. The system is supposed to imrove measurements accuracy and the quality of geodetic works.
Key words: interference comparator, laser interferometer ML10 Gold Standard.
Наиболее эффективным методом поверки штриховых мер длины, светодальномеров, лазерных сканеров, измерительной системы «цифрой нивелир - кодовая рейка» в настоящее время является интерференционный метод с непрерывным измерением перемещения регистрирующего устройства для определения расстояния между штрихами устройства. В разработанном компараторе будет предложен абсолютный интерференционный метод, в котором в качестве источника излучения используется стабилизированный двухчастотный He - Ne лазер. Учитывая, что Генеральной конференцией по мерам и весам решён вопрос о новом определении метра, при воспроизведении которого применяется стабилизированное излучение лазеров определённых длин волн, поэтому абсолютный интерференционный метод отвечает международным требованиям при передаче значений единицы длины. Планируется создать современную измерительную систему для обеспечения единства измерений в отрасли с целью повышения точности измерений, эффективности и качества выполнения геодезических работ.
Интерференционный компаратор СГГА для измерений штриховых мер длины абсолютным интерференционным методом строятся по двум типичным схемам.
В схеме типа 1 измеряемая мера установлена на перемещающейся каретке, к которой закреплён отражатель лазерного измерителя перемещений, а микроскоп для регистрации положения штриха меры и лазерный измеритель перемещений закреплены неподвижно на станине компаратора (рис. 1, а).
По схеме типа 2, измеряемая мера неподвижна. Расстояние между штрихами регистрируется подвижным микроскопом, который несёт на себе отражатель лазерного измерителя перемещений, закрепленного на неподвижной станине.
Исследования проводились с использованием эталонов штриховых мер 2 разряда и эталонных измерителей перемещений лазерных (ИПЛ) двух типов: LA-3002 производства Чехословакии и HP5529A фирмы Agilent США. При аттестации ИПЛ, которая проводилась на эталонах Сибирского научно-исследовательского института метрологии (СНИИМ), средняя квадратическая погрешность измерений (СКП) на длине 1 м не превышала 1 мкм. Сравнения результаты аттестации эталонов ИПЛ на компараторе института ядерной физики (ИЯФ) СО РАН на длине 24 м не превышали 3 мкм, а предельно допустимая погрешность измерений при вероятности 0,95 оценивалась и не превышала 8-9мкм [1].
В ходе исследований выяснились. что основные источники погрешности измерений существенно зависят от конструкции и от изменения положения каретки за счёт непрямолинейности направляющих и изменения температуры в процессе измерения.
Лазерная измерительная система ML10 Gold Standa^ фирмы RENISHOW (Англия) является главной составляющей компаратора СГГА. Система предназначается для метрологического обеспечения геодезических работ.
При разработке проекта компаратора СГГА особое внимание было уделено:
— совершенствованию метода регистрации положения штриха меры (бесконтактный метод);
— коррекции результатов измерений от непрямолинейности перемещения.
— стабильность конструкции при рациональной технологичности изготовления;
— максимальный учёт возможных составляющих погрешностей измерений и возможность их регистрации или компенсации;
— автоматизацию измерений и обработки результатов измерений.
а)
Рис. 1. Интерференционный компаратор СГГА: а) измеряемая мера установлена на перемещающейся каретке, к которой закреплён отражатель лазерного измерителя перемещений; б) общий вид компаратора СГГА
с программным обеспечением и блоком компенсации параметров окружающей среды
Для размещения компаратора используется специальное одноэтажное помещение (галерея) расположенная между двумя пяти этажными корпусами, удалённое от транспортных магистралей. Установлены требования к эксплуатации интерференционного эталонного компаратора:
- температура эксплуатации....................................(20±5) 0С с допустимым изменением
в рабочем пространстве в процессе измерения не более
0,5 0С при скорости измерения 0,1 0С за 30 с;
- относительная влажность воздуха не должна превышать 80 %;
- скорость движения воздуха в рабочем пространстве не более 0,1 м/с;
- частота возмущающих вибраций не более 10 Гц при амплитуде не более 0,0002 мм в горизонтальной плоскости и 0.0005 мм в вертикальной;
- проверка изоляции электропроводящих цепей на пробой напряжением 1100 В сопротивление клемм 0,1 Ом;
- заземление электроприборов согласно требований безопасности.
Вся конструкция компаратора размещается на бетонной подушке глубиной не менее 1,5 м изолированной от пола.
Для технологичности и приемлемой стоимости изготовления направляющие секции крепятся с помощью специальных регулируемых стоек. Диаметры и прямолинейность направляющих имеют жесткие допуски для обеспечения плавности и прямолинейности перемещения каретки. Величина перемещения каретки регистрируется с помощью уголкового отражателя ИПЛ. В каретке предусматриваются посадочные места для возможности крепления отражателя светодальномера, тахеометра, сканера для их калибровки или поверки.
Лазерный интерферометр ML10 Gold Standard производства Renishaw представляет из себя модульную систему, позволяющую, в зависимости от комплектации, производить измерения
перемещения, скорости, угловых перемещений (по углам рысканья и тангажа), плоскостности, параллельности и перпендикулярности.
Лазерная измерительная система ML10 является главной составляющей компаратора СГГА. Краткое описание и принцип действия (рис. 2). Лазерный измеритель перемещений подразумевает движение отражателя по механическим направляющим параллельно отражающему лучу лазера. Для этой цели создана дорога и каретка с отражателем.
Рис. 2. Принцип действия системы ML10 Gold Standard
в режиме линейных измерений
Луч, выходящий из лазера ML10, попадает внутрь линейного интерферометра, где расщепляется на два луча. Один из лучей (так называемый опорный луч) идет в направлении рефлектора, присоединенного к светоделителю, в то время как второй, измерительный луч проходит через полупрозрачное светоделительное зеркало и достигает второго рефлектора. Затем оба луча отражаются от рефлекторов и возвращаются в делитель лазерного луча, в котором они воссоединяются и снова попадают внутрь лазера, внутри которого встроенный детектор регистрирует сигнал, полученный в результате интерференции этих лучей. При выполнении линейных измерений один оптических элементов системы остается неподвижным, в то время как второй элемент движется вдоль оси линейных перемещений каретки. Измерение позиционирования осуществляется посредством определения оптической разности хода между опорным и измерительным лучами, в данном случае речь идет о дифференциальном измерении между двумя оптическими элементами системы, поэтому получаемые результаты не зависят от положения лазера ML10. В качестве подвижного элементы системы обычно используется рефлектор, в то время как линейный интерферометр остается неподвижным (см. рис. 2).
Основные технические характеристики данной системы следующие:
— предел измерения длины S^ 60
— дискретность отсчета, мкм 0,01
— относительная погрешность измерения, 0,025мкм ± 0,7 мкм/мм
Комплектация
Лазерный излучатель ML10 Gold Standard - двухчастотный HeNe лазерная трубка (класс II) со стабилизацией частоты, максимальной мощностью 1 мВт (рис. 3), комплект для линейных измерений (рис. 4), блок компенсации параметров окружающей среды ЕС 10 (рис. 5) [2].
Интерференционный компаратор СГГА предназначается для метрологического обеспечения геодезических работ.
Рис. 4. Линейный комплект
Рис. 5. Блок компенсации параметров окружающей среды EC 10
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Особенности построения интерференционного компаратора для исследования и поверки геодезических СИ / Л. Г. Куликова, В. Д. Лизунов, В. А. Середович, В. Т. Новоевский, А. В. Куликов // ГЕ0-Сибирь-2005. Науч. конгр. : сб. материалов в 7 т. (Новосибирск, 25-29 апреля 2005 г.). - Новосибирск: СГГА, 2005. Т. 6. - С. 217-222.
2. Руководство по эксплуатации лазерной интерферометрической системы. Линейные измерения [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http: RENISHOW/Help%20Files/Lmearchm/.
© А. В. Куликов, В. А. Середович, 2014
