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浅析激光干涉技术在洛氏硬度计量中的应用 　　摘 要：激光技术是近年来发展速度较快及应用领域较为广泛的一项现代化电子技术，由于该技术的精确度较高，因此我国激光洛氏硬度国家副基准装置中运用了该项技术，该技术将压痕深度测量的误差控制在纳米级别范围内，实际应用价值较高。文章从激光干涉技术原理介绍入手，详述了激光干涉装置在硬度副基准上的应用，分析了误差引起的硬度标准不确定度。旨在为该技术在硬度计量中的应用提供一些参考。 　　关键词：激光干涉；洛氏；硬度计量 　　硬度一词是属于物理学范畴的专业术语，它表示材料局部抵抗硬物压入其表面的能力称之为硬度。而硬度计量则分属于力学计量范畴，是为了表示硬度块的具体硬度值的大小，通常都是通过洛氏硬度来进行计算。洛氏硬度是用具有较为规则形状的金刚石、钢球压头通过外力来测量压入对象即标准硬度块所形成的压痕深度，通过换算之后来确定硬度块的硬度。但是在此过程中往往会有较多的不确定因素存在会影响最终的测定结果，在众多不确定因素之中对其最终结果影响较大的一个因素为压痕所形成的深度测量准确与否。 　　1 激光干涉技术的基本原理 　　在硬度值测量过程中激光干涉技术的应用过程中主要采取的标准是由激光干涉仪所发射的激光波长值，波长稳定的激光是通过稳频激光源发射而来，当这一束波长稳定的激光投射在偏振干涉仪之内后，通过分光镜可将上述激光分成两束激光，此后通过几次传输两束激光会再次重合，但此时较之前不同会发生干涉现象，干涉带的亮度也由激光的相位差来决定。干涉带的亮度持续发生变化是由于固定两束激光中某一束相位，另一束必然会通过反射镜随着主轴移动发生相位的改变，由此便会是干涉带亮度连续变化。由此可以得出，要想测量出干涉带亮度变化就可以测量主轴所发生的位移，进而也就可以得出投射激光的波长值。 　　2 在硬度副基准上的应用 　　激光干涉装置主要采用的是偏振干涉仪，以L代表激光光源的半内腔激光器，所发射出的激光为线偏振光，偏振面水平夹角为45度。M1和M2为可调反射镜，当激光发射到M2和M2之后反射到PBS即偏振分光镜，通过PBS之后光束被分成与偏振方向成90度的2条频率和幅度相同的激光束，其中透射光会射到C1即角隅棱镜，安装于主板之上，经过反射后回到PBS；另一束反射光则被称之为测量光束，被射到C2即角隅棱镜，安装于主轴上端，经过C2之后反射到PBS。此时相互垂直的两条光束即参考光束和测量光束通过两个角隅棱镜C1/C2反射后均回到PBS，实现重合，两条光束叠加之后形成旋转偏振光，通过λ/4波长后，转变为线偏振光，相位变化则与角隅棱镜C2位移相对应。 　　上述两条经过叠加之后的光束，通过BS（分光镜）之后再次被分为两个光束即透射光和反射光。这两束光分别聚焦后被偏振分光束镜PBS2和PBS3分成两对信号，经由D1、D1及D2、D2接收后进行信号放大，此后将对光电信号进行转换，两对电信号相差∏，后经差分放大后这两组信号变为相差1/2∏，两路信号一个信号为正弦，另一个信号为余弦。这两组信号彼此可实现正反计数，同时还可以实现对干涉带的细分。该干涉装置所使用的是电系统二十细分后的干涉带。从细分后的λ/40为基本单位（或者15.825nm），进行计数，之后将计数值输入到计算机中，通过相关计算之后便可以得到主轴以及压头的位移数值。位移数值就是被压物压痕深度及硬度值。在这其中经由D1、D1及D2、D2接收后进行信号放大，此后将对光电信号进行转换，两对电信号相差∏，后经差分放大后不单单提高了信号信噪比，同时消除了零点漂移以及直流变化对此影响。 　　在硬度测量过程中，会有两个过程，第一个过程为初试验力，第二过程为主试验力。当第一过程保荷时间到达时，计数器会自动清零，之后进入到主试验力计数阶段。当进入第二阶段之后，计数器会接受相应信号，进行计数。在第二阶段即将结束的时候，此时的计数器已经记录下压头压入测量物的N1个量程。在第二阶段过程中会受到来自两个方面的综合影响，一方面是塑性变形；另一方面是弹性变形。当这一过程结束后，压头则会回弹产生位移，此时可逆计数器则记录下压头回弹次数为N2个量程，我们最终所需数据即：N1-N2。 　　副基准上用的激光波长通常情况为633nm，每一个量程均为λ/40（15.825nm）。这也就说明，压头压入被测对象0.015825μm时，可逆计数装置变开始进行记录。所得数据代入下述公式便可计算出硬度值。 　　H=K-（h1-h2）/0.002 （1） 　　公式（1）中一个量程为标准单位λ/40（15.825nm）；h1为N1个量程的距离；h2为N2个量程的距离；H代表最终算出的硬度；K为硬度系数。 　　h1-h2=（N1-N2）×λ/40 （2） 　　K=130（洛B标尺）；K=100（洛氏C标尺、A