[發(fā)明專利]四光軸回位及氣浴式線位移激光干涉儀校準(zhǔn)方法與裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310475513.3
• 申請日: 2013-10-11
• 公開（公告）號: CN103499281A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 譚久彬;胡鵬程;毛帥
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02;G01B11/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光測量技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種激光干涉儀校準(zhǔn)方法與裝置。

背景技術(shù)

激光干涉測量線位移技術(shù)是精度很高的標(biāo)準(zhǔn)測量技術(shù)，廣泛應(yīng)用于精密和超精密機(jī)械加工、微電子裝備、納米技術(shù)工業(yè)裝備和國防裝備等領(lǐng)域，為了保證激光干涉儀測量線位移的準(zhǔn)確性，需要科學(xué)有效的線位移激光干涉儀校準(zhǔn)方法與裝置。校準(zhǔn)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(zhǔn)，當(dāng)兩者的精度相近時，即稱為比對。在實際校準(zhǔn)工作中，線位移激光干涉儀大多具有相當(dāng)?shù)木龋蚨鴮€位移激光干涉儀的校準(zhǔn)是通過比對實現(xiàn)的。目前，線位移激光干涉儀的一般校準(zhǔn)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(zhǔn)方法的研究.現(xiàn)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(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖，標(biāo)準(zhǔn)測量鏡和被校準(zhǔn)測量鏡安裝在同一個可動平臺上，當(dāng)運(yùn)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(huán)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(zhǔn)時阿貝誤差較大。

圖2是面對面式激光干涉儀校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖，標(biāo)準(zhǔn)測量鏡和被校準(zhǔn)測量鏡面對面的安裝在運(yùn)動臺上，其優(yōu)點是兩套激光干涉儀測量光束軸線可調(diào)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(yuǎn)端，兩者光程不等，受環(huán)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(xué)研究院建立國內(nèi)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(tǒng)精度及影響因素分析.計量與測試技術(shù)，2011，38(9)：47-49)，采用的標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)的激光干涉儀擺放在它們中間，從而進(jìn)行校準(zhǔn)校準(zhǔn)，此方案屬于并行式校準(zhǔn)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(bǔ)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(biāo)準(zhǔn)測量光空間位置較遠(yuǎn)，被校準(zhǔn)激光干涉儀的測量光距離每路標(biāo)準(zhǔn)測量光距離也較遠(yuǎn)，所有測量光路受環(huán)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(zhǔn)測量結(jié)果不準(zhǔn)確。

圖3是共光路式激光干涉儀校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖，共光路式與并行式激光干涉儀校準(zhǔn)裝置不同的是兩臺激光器和接收器成90度折轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀部件還是屬于被校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀部件，因此，不是準(zhǔn)確意義上兩套激光干涉儀的校準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)。

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(jìn)行共光路校準(zhǔn)。由于只是增加共光路激光干涉儀的數(shù)量，所以此方法也有上面提到的共光路式激光干涉儀校準(zhǔn)裝置的缺點。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有線位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置中較大的阿貝誤差、嚴(yán)重的空氣折射率不一致性和不是準(zhǔn)確意義上兩套激光干涉儀進(jìn)行校準(zhǔn)的問題，本發(fā)明提出和研發(fā)了四光軸回位及氣浴式線位移激光干涉儀校準(zhǔn)方法與裝置，該發(fā)明使標(biāo)準(zhǔn)測量光束與被校準(zhǔn)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(zhǔn)確意義上兩套激光干涉儀進(jìn)行校準(zhǔn)。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種四光軸回位及氣浴式線位移激光干涉儀校準(zhǔn)方法，該方法步驟如下：

(1)標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀激光器的輸出光經(jīng)四軸中空激光干涉鏡組形成相互平行的四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束，四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束以正四棱柱側(cè)棱分布形式入射到有中間孔的平面鏡上，每條標(biāo)準(zhǔn)測量光束中帶有平面鏡位移信息的部分光被反射回四軸中空激光干涉鏡組后，根據(jù)從四軸中空激光干涉鏡組中獲得的與四條標(biāo)準(zhǔn)測量光束分別對應(yīng)的四個干涉信號，可以得到有中間孔的平面鏡沿標(biāo)準(zhǔn)測量光束方向運(yùn)動的四個位移值，每條標(biāo)準(zhǔn)測量光束的其余部分光經(jīng)有中間孔的平面鏡透射到四個光束位置探測器上；