[發明專利]激光干涉儀光路準直瞄準裝置及瞄準方法

無效

• 申請號: 200910116281.6
• 申請日: 2009-03-05
• 公開（公告）號: CN101493314A
• 公開（公告）日: 2009-07-29
• 發明（設計）人: 黃強先;孫拉拉;劉小為;陳東;夏豪杰
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02;G02B27/30
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司
• 代理人: 何梅生

技術領域

本發明涉及激光干涉儀測量光路準直瞄準裝置和瞄準方法，用于精密測試和精密計量技術領域。當采用激光干涉儀進行長度測量時，用于快速準確地實現激光干涉儀測量光路與靶鏡移動方向的準直瞄準。

背景技術

隨著現代化國防建設、工業生產和科學技術的飛躍發展，人們對位移測量及定位和標定的精度以及測量速度提出越來越高的要求。激光干涉儀測量精度高，可達納米級測量精度，分辨率高，測量速度快，量程大，廣泛用在精密或超精密測量中。但是，在激光干涉儀的長度測量應用中，為了與激光干涉儀的長度測量精度相匹配，實現納米量級測量精度，必須使激光干涉儀的測量光路與被測對象的運動方向，即激光干涉儀的靶鏡運動方向盡可能一致，也就是準直，否則會產生不可忽略的余弦誤差。

目前常用的激光干涉儀，不論是單頻激光干涉儀或者雙頻激光干涉儀，精度都達到納米級，例如HP的5529A雙頻激光干涉儀，在線性測量時它的精度能夠達到1.7ppm，即在1米的測量范圍內，它的測量精度是1.7μm。可是，當干涉儀測量方向與靶鏡移動方向有一定的角度偏差時，如：10′的偏差會使測量結果與實際值相差4.2μm，即余弦誤差達到4.2μm，這一誤差值遠遠大于干涉儀本身的測量精度，由此可見激光干涉儀測量方向與靶鏡移動方向因沒有對準而造成的測量誤差非常大。為了減小該余弦誤差，在測量前，需要對測量光路進行調節，使干涉儀測量方向與靶鏡移動方向在一條直線上，減小余弦誤差，使測量精度與激光干涉儀的測量精度相匹配。目前常用的辦法是調節者通過肉眼觀察激光器打在靶鏡上的光斑，是否隨靶鏡的運動而發生上下或左右的偏移，由此判斷靶鏡移動的方向是否與干涉儀測量的方向在一條直線上，并以此為依據對光路進行調整。但是，這種方法只能定性地判斷兩個方向之間的偏差，觀察者也只能推斷出靶鏡的調整方向和大概的調整范圍，而不能精確確定。在實際操作中，由于人眼所能分辨的最小位移只有0.1mm，使得人工調整的精度往往達不到實際要求，在實際測量中，尤其是遠距離測量，非常細微的角度偏差都會對測量結果產生很大的影響。表1所示為激光干涉儀的測量方向與靶鏡移動方向的角度偏差θ對測量結果的影響。

表1

發明內容

本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種激光干涉儀光路準直瞄準裝置及瞄準方法，以期定量且快速、準確地實現干涉光路的調整，從而降低余弦誤差對測量系統的影響。

本發明解決技術問題采用如下技術方案：

本發明激光干涉儀光路準直瞄準裝置的結構特點是在靶鏡的反射面上固定設置四象限探測器，所述四象限探測器是四個性能相同的光電二極管按照直角坐標的方式，以“O”點為坐標原點，排列成第一象限、第二象限、第三象限和第四象限，各光電二極管的光敏面朝向激光器；以所述四個象限中的光電二極管為分別作為各個象限的光強探測器，分別以各個光電二極管對應輸出各象限光強電流信號I₁、I₂、I₃、I₄；設置電信號轉換電路，所述各象限光強電流信號在經電信號轉換電路之后以各象限電壓信號U₁、U₂、U₃、U₄對應輸出；設置運算電路，在所述運算電路中分別輸出激光光斑水平位移信號X為(U₁+U₄)-(U₂+U₃)和激光光斑垂直位移信號Y為(U₁+U₂)-(U₃+U₄)。

本發明激光干涉儀光路準直瞄準裝置的瞄準方法是按如下步驟進行：

步驟1：在進行干涉光路的準直瞄準前，將靶鏡固定在初始位置上，調整激光器位置，使得由運算器輸出的初始激光光斑水平位移信號X1和初始激光光斑垂直位移信號Y1均為零，由此將激光器輸出光路瞄準在所述坐標的原點“O”的位置上；

步驟2：按靶鏡移動方向使靶鏡移動，由運算器輸出靶鏡移動后激光光斑水平位移信號X2，靶鏡移動后激光光斑垂直位移信號Y2；

步驟3：若X2和Y2均為零，則判斷為激光干涉儀的測量方向與靶鏡移動的方向相一致；若X2和Y2不為零，則依據X2和Y2獲得所需調整的激光干涉儀測量方向與靶鏡移動的方向之間角度偏差。