TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN CƠ KHÍ
BỘ MÔN CƠ KHÍ CHÍNH XÁC & QUANG HỌC
*****
Bản thuyết minh
Đồ án : Thiết kế hệ thống đo lường cơ khí
Đề tài: GTK heterodyne
Giảng viên hướng dẫn : TS. Cao Xuân Bình
Sinh viên thiết kế: Phạm Tuấn Hùng
MSSV : 20171384
Mã học phần : ME5260
Mã lớp học : 710919
Hà nội, ngày tháng năm
MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................................................ 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM .................................... 4
I. Khái niệm và ứng dụng ..................................................................................................... 4
1.1. Giao thoa ánh sáng ..................................................................................................... 4
1.2. Giao thoa kế ................................................................................................................ 6
1.3. Các loại giao thoa kế và ứng dụng thực tế ............................................................... 7
CHƯƠNG 2. CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG .......................................... 16
2.1. Nguồn laser .................................................................................................................. 16
2.2. Bộ tách chùm tia (Beam splitter) ................................................................................. 18
2.3. Gương phản xạ .............................................................................................................. 21
2.4. Tấm ¼ bước sóng ......................................................................................................... 22
2.5. Tấm lọc phân cực ............................................................................................................. 24
2.6. Bàn dịch chuyển PZT .................................................................................................. 25
2.7. Máy đo pha/ đếm xung ................................................................................................. 26
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIAO THOA KẾ ...................................................... 28
3.1. Thiết kế hệ thống giao thoa kế ........................................................................................ 28
3.1.1. Cấu trúc hệ GTK.......................................................................................................... 28
3.2. Tính toán và lựa chọn thiết bị ......................................................................................... 32
3.2.1. Nguồn laser ................................................................................................................. 32
3.2.2. Bộ tách chùm .............................................................................................................. 34
3.2.3. Gương phản xạ ........................................................................................................... 36
3.2.4. Tấm ¼ bước sóng WPQ10E-633 .............................................................................. 37
3.2.5. Tấm lọc cường độ tia ND filter ND09A .................................................................. 38
3.2.6. Tấm phân cực ............................................................. Error! Bookmark not defined.
3.2.7. Cảm biến quang học .................................................................................................. 39
3.2.8. bàn dịch chuyển PZT ................................................................................................ 41
3.2.9. Máy đo pha / đếm xung ............................................................................................ 43
3.2.10. Thiết bị xử lý ............................................................................................................ 45
3.3. Quy trình đo ...................................................................................................................... 47
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN ............................................................................................................ 53
4.1. Đánh giá sai số ................................................................................................................... 53
4.4.1. Sai số Abbe............................................................................................................. 53
4.1.2. Sai số Cosine .......................................................................................................... 53
4.1.3. Sai số biên dạng bề mặt ........................................................................................ 54
4.1.4. Sai số do môi trường ............................................................................................. 55
LỜI MỞ ĐẦU
Phát triển trong ngành công nghiệp đang yêu cầu cải thiện độ phân giải và độ
chính xác cao hơn trong đo lường cơ học. Cùng với việc thu nhỏ, nhu cầu về độ
chính xác dưới nanomet về đo lường đang gia tăng và phát triển nhanh chóng. Trong
đo lường về dịch chuyển nhỏ, giao thoa kế laser là một hệ thống đo lường được sử
dụng phổ biến cho vùng micromet thậm trí cả nanomet và sử dụng đang phát triển
phổ biến và rộng rãi. Các nhà sản xuất của mạch tích hợp đang sử dụng giao thoa kế
laser trong khu vực nanomet. Trong các viện đo lường quốc gia, giao thoa kế laser
phổ biến được sử dụng làm công cụ hỗ trợ hiệu chuẩn để hiệu chỉnh các cảm biến
khác hoặc phát triển các thiết bị đo lường có thể theo dõi mới, chẳng hạn như Kính
hiển vi lực nguyên tử . Trong các viện như vậy, giao thoa kế laser cũng được sử dụng
làm thang đo độ chính xác cao trong máy đo tọa độ (CMM). Laser là nguồn sáng với
những tính chất đặc biệt như độ đơn sắc và độ kết hợp cao, mật độ năng lượng lớn
và độ định hướng cao. Vì vậy laser được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực như đo
lường, gia công chế tạo, y học, thông tin anh năng lượng. Trong lĩnh vực đo lường,
laser được dùng trong các phép đo dịch chuyển, vị trí, hai đo chất lượng bề mặt sử
dụng giao thoa kế các phép đo này có thể đạt đến độ chính xác cấp nanomet. Để đo
kiểm hay xác định được sai lệch nhỏ của hệ thống thì các mô hình đã được phát triển
và thử nghiệm các thiết lập đo lường mới được giới thiệu để đo các tính chất phân
cực của một đầu laser homodyne được sử dụng trong hệ thống giao thoa kế. Với việc
sử dụng các phép đo được thực hiện với các thiết lập này và mô hình có thể đưa ra
độ sai lệch nhỏ.
Trong đồ án này “Tìm hiểu về GTK heterodyne ”với mục đích nhằm nhà nghiên
cứu, thực hành và hiểu biết thêm về lĩnh vực đo lường bằng laser trong cơ khí, ứng
dụng nhiều trong các lĩnh vực như đo lường đo dịch chuyển, vị trí có thể đạt đến độ
chính xác cấp nanomet.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
I. Khái niệm và ứng dụng
1.1. Giao thoa ánh sáng
a. Khái niệm
Giao thoa ánh sáng là một hiện tượng thường gặp trong Vật Lý. Đây là một hiện
tượng khi hai hay nhiều chùm ánh sáng gặp nhau và chồng lên nhau sẽ xuất hiện
những vạch sáng hoặc vạch tối xen kẽ hoặc là tăng cường với nhau hoặc là triệt tiêu
lẫn nhau. Giao thoa là một hiện tượng Vật Lý chỉ hiện tượng chồng chập của 2 hoặc
nhiều nguồn sóng khác nhau tạo thành một nguồn sóng mới. Giao thoa cũng chính
là đặc tính tiêu biểu của tính chất sóng.
Hình 1: giao thoa ánh sáng
b. Hiện tượng giao thoa ánh sáng
Hai chùm sáng kết hợp là hai chùm phát ra ánh sáng có cùng tần số và cùng
pha hoặc có độ lệch pha không đổi theo thời gian. Khi hai chùm sáng kết hợp gặp
nhau chúng sẽ giao thoa với nhau: Những chỗ 2 sóng gặp nhau mà cùng pha với
nhau, chúng tăng cường lẫn nhau tạo thành các vân sáng. Những chỗ hai sóng gặp
nhau mà ngược pha với nhau, chúng triệt tiêu nhau tạo thành các vân tối.
Nếu dùng ánh sáng trắng thì hệ thống vân giao thoa của các ánh sáng đơn sắc khác
nhau sẽ không trùng khít với nhau: ở chính giữa, vân sáng của các ánh sáng đơn sắc
khác nhau nằm trùng với nhau cho một vân sáng trắng gọi là vân trắng chính giữa.
Ở hai bên vân trắng chính giữa, các vân sáng khác của các sóng ánh sáng đơn sắc
khác nhau không trùng với nhau nữa, chúng nằm kề sát bên nhau và cho những
quang phổ có màu như ở cầu vồng.
Hiện tượng giao thoa ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng. Điều này đã
được tìm hiểu và phân tích được kết quả thông qua các thí nghiệm giao thoa ánh
sáng
Hình 2: giao thoa ánh sáng