[發明專利]三光軸補償及氣浴式線位移激光干涉儀校準方法與裝置

有效

• 申請號: 201310475481.7
• 申請日: 2013-10-11
• 公開（公告）號: CN103528525A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 胡鵬程;譚久彬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 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，主要涉及一種激光干涉儀校準方法與裝置。

背景技術

激光干涉測量線位移技術是精度很高的標準測量技術，廣泛應用于精密和超精密機械加工、微電子裝備、納米技術工業裝備和國防裝備等領域，為了保證激光干涉儀測量線位移的準確性，需要科學有效的線位移激光干涉儀校準方法與裝置。校準線位移激光干涉儀一般思路是采用精度等級更高的線位移激光干涉儀來校準，當兩者的精度相近時，即稱為比對。在實際校準工作中，線位移激光干涉儀大多具有相當的精度，因而對線位移激光干涉儀的校準是通過比對實現的。目前，線位移激光干涉儀的一般校準方法有并行式，面對面式和共光路式(廖澄清，朱小平，王蔚晨，杜華.激光干涉儀測長精度校準方法的研究.現代測量與實驗室管理，2005，1：6-7)。

圖1是并行式激光干涉儀校準裝置結構示意圖，標準測量鏡和被校準測量鏡安裝在同一個可動平臺上，當運動臺移動時，兩套激光干涉儀測量光束的光程同時增加與減小。由于兩套激光干涉儀并行放置，兩路光受環境影響相似，空氣折射率對兩路光影響較小，但由于兩路光之間的垂直距離較大，因此兩套激光干涉儀校準時阿貝誤差較大。

圖2是面對面式激光干涉儀校準裝置結構示意圖，標準測量鏡和被校準測量鏡面對面的安裝在運動臺上，其優點是兩套激光干涉儀測量光束軸線可調整至幾乎同一測量軸線上，兩者的阿貝誤差很小，缺點是由于一臺干涉儀的近端是另一臺的遠端，兩者光程不等，受環境的干擾不同，空氣折射率對兩套激光干涉儀的光路影響不一致。

2011年，中國計量科學研究院建立國內首個80米大長度激光干涉儀測量裝置(冷玉國，陶磊，徐健.基于80m測量裝置的雙頻激光干涉儀系統精度及影響因素分析.計量與測試技術，2011，38(9)：47-49)，采用的標準裝置是將三個Agilent5530型的長距離雙頻激光干涉儀并行擺放，成為三路激光干涉儀，被校準的激光干涉儀擺放在它們中間，從而進行校準校準，此方案屬于并行式校準方法的衍生方案，并且由于采用三路光同時測量，因此可以補償測量時的阿貝誤差，但由于是三臺激光器并行擺放，因此三路標準測量光空間位置較遠，被校準激光干涉儀的測量光距離每路標準測量光距離也較遠，所有測量光路受環境的影響不同，空氣折射率對所有測量光路影響不一致，造成校準測量結果不準確。

圖3是共光路式激光干涉儀校準裝置結構示意圖，共光路式與并行式激光干涉儀校準裝置不同的是兩臺激光器和接收器成90度折轉方式，兩套激光干涉儀共用干涉鏡組和測量鏡。由于兩套激光干涉儀共用一個干涉鏡組和測量鏡，無法確定共用的干涉鏡組和測量鏡是屬于標準激光干涉儀部件還是屬于被校準標準激光干涉儀部件，因此，不是準確意義上兩套激光干涉儀的校準進行校準。

1985年，Dr-Ing?H.-H.Schussler充分利用空間分布(Dr-Ing?H.-H.Schussler.Comparison?and?calibration?of?laser?interferometer?systems.Measurement，1985，3(4)：175-184)，將多對線位移激光干涉儀進行共光路校準。由于只是增加共光路激光干涉儀的數量，所以此方法也有上面提到的共光路式激光干涉儀校準裝置的缺點。

發明內容

針對上述現有線位移激光干涉儀校準裝置中較大的阿貝誤差、嚴重的空氣折射率不一致性和不是準確意義上兩套激光干涉儀進行校準的問題，本發明提出和研發了三光軸補償及氣浴式線位移激光干涉儀校準方法與裝置，該發明使標準測量光束與被校準激光干涉儀測量光束垂直距離很小，從而可以減小阿貝誤差、減小空氣折射率不一致性的影響，并且是準確意義上兩套激光干涉儀進行校準。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種三光軸補償及氣浴式線位移激光干涉儀校準方法，該方法步驟如下：

(1)標準激光干涉儀激光器的輸出光經三軸中空激光干涉鏡組形成相互平行的三條標準測量光束，三條標準測量光束以正三棱柱側棱分布形式入射到有中間孔的平面鏡上，每條標準測量光束中帶有平面鏡位移信息的部分光被反射回三軸中空激光干涉鏡組后，根據從三軸中空激光干涉鏡組中獲得的與三條標準測量光束分別對應的三個干涉信號，可以得到有中間孔的平面鏡沿標準測量光束方向運動的三個位移值，每條標準測量光束的其余部分光經有中間孔的平面鏡透射到三個光束位置探測器上；