[發明專利]激光外差干涉儀空程誤差自動補償裝置

無效

• 申請號: 200910071289.5
• 申請日: 2009-01-16
• 公開（公告）號: CN101493311A
• 公開（公告）日: 2009-07-29
• 發明（設計）人: 譚久彬;胡鵬程;楊宏興;刁曉飛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于激光測量技術領域，主要涉及一種激光外差干涉系統中的空程誤差自動補償裝置。

背景技術

隨著半導體技術及微電子技術的迅速發展，對精密加工技術及零件加工精度的要求也越來越高。傳統的非光學測量方法雖然能夠實現納米甚至亞納米的測量分辨率，但在溯源到納米定義時，仍然需要利用激光干涉儀等光學方法進行標定和校正。雙頻激光干涉儀具有信號噪聲小、抗干擾能力強、信號處理及細分都比較容易、允許光源多通道復用等諸多優點。由于其卓越的性能，在許多精密測量中已經得到廣泛的應用。

在精密和超精密加工中，由于加工過程中的熱效應，機械快速運動引起的空氣流動等影響致使工作環境的空氣折射率不穩定，若外差干涉儀的測量臂和參考臂的初始光程不等，空氣折射率的變化帶來的光程變化在參考臂和測量臂上不等，造成外差干涉測量計數值變化，影響測量結果，因此引起的誤差稱為“閑區誤差”或“空程誤差”。它與測量長度無關，而與干涉儀的結構參數、布局和環境空氣折射率有關。

為解決空程誤差對干涉測量結果的影響，天津大學精密測試技術及儀器國家重點實驗室的李東光，張國雄等人提出測量臂與參考臂等死行程的方法(李東光，張國雄.高精度激光干涉測量中環境誤差因素的綜合補償.光電工程，1999，26(4)：28-33)，即合理的擺放測量棱鏡和參考棱鏡，使測量臂和參考臂的初始光程相等、且所處的環境盡量相同。但此種方法由于參考臂和測量臂狀態不可能完全一致，特別是在現場測量氣流擾動較大的情況下，兩臂折射率也存在較大差異，不能消除空程誤差。因此哈爾濱工業大學趙維謙，楊文國等人在等死行程光路布局法(平衡光路布局法)的基礎上，根據空程誤差產生的原理，推導數學表達公式，并對公式中的參數進行測量，得到數值后代入公式，最后對測量數值進行了修正(楊文國，趙維謙.球體半徑超精測量系統研究.航天工藝，2001，(02)：10-14)。但此方法仍然無法避免為保證初始光程的相等，每次計數清零時測量棱鏡都要回歸原點的缺點，特別不適宜現場連續測量情況，甚至因空程長度值無法測量而不能完成補償過程。

為減小空氣折射率變化對空程誤差的影響，哈爾濱工業大學的陳中，丁振良等人提出一種真空管屏蔽方法(陳中，丁振良.大型構件尺寸微小變化的高精度激光干涉測量.激光雜志，2000，21(2)：26-27)，該方法將一個真空管放置于空程光路位置，保證二玻璃平板間有高的平行性″真空管在抽真空后，經真空計檢測其真空度滿足要求時，將抽氣口截斷作一次性永久封固″真空管長度等于或近似于空程的長度。此方法雖在一定程度上消除了兩臂上空氣折射率的不同而造成的空程誤差，但此方法也固定了空程長度，且在現場測量情況下當測量棱鏡無法回到原點時，補償效果較差。

沈陽儀器儀表工藝研究所陳鐵君提出了自動補償的方法(陳鐵君.JG-II型自動補償激光干涉儀.儀表技術與傳感器，1980，(02)：13-15)，測量前將空程長度先以一般量具測出，將數據手工在計算機鍵盤上置入。然后由計算機在測量起始和終了時向簡易空氣折射率傳感器采樣，根據具體公式進行空程誤差補償。同樣Agilent公司在其激光干涉儀的產品說明手冊中，也闡述了類似陳鐵軍的補償方法，所不同的是折射率誤差補償公式：

Actual?displacement＝[(Accumulated?Counts+Deadpath?Counts)×(λ_V/2R)×WCN1]-Deadpath?distan?ce

根據其相關說明，可整理為補償公式