[發(fā)明專利]形貌補(bǔ)償式三光軸線位移激光干涉儀校準(zhǔn)方法與裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310475524.1
• 申請(qǐng)日: 2013-10-11
• 公開（公告）號(hào): CN103528526A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚久彬;胡鵬程;毛帥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/02
• 分類號(hào): G01B11/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光測(cè)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(cè)量線位移技術(shù)是精度很高的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)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(guó)防裝備等領(lǐng)域，為了保證激光干涉儀測(cè)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(jí)更高的線位移激光干涉儀來(lái)校準(zhǔn)，當(dāng)兩者的精度相近時(shí)，即稱為比對(duì)。在實(shí)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?duì)線位移激光干涉儀的校準(zhǔn)是通過比對(duì)實(shí)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(duì)面式和共光路式(廖澄清，朱小平，王蔚晨，杜華.激光干涉儀測(cè)長(zhǎng)精度校準(zhǔn)方法的研究.現(xiàn)代測(cè)量與實(shí)驗(yàn)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(cè)量鏡和被校準(zhǔn)測(cè)量鏡安裝在同一個(gè)可動(dòng)平臺(tái)上，當(dāng)運(yùn)動(dòng)臺(tái)移動(dòng)時(shí)，兩套激光干涉儀測(cè)量光束的光程同時(shí)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(duì)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(shí)阿貝誤差較大。

圖2是面對(duì)面式激光干涉儀校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量鏡和被校準(zhǔn)測(cè)量鏡面對(duì)面的安裝在運(yùn)動(dòng)臺(tái)上，其優(yōu)點(diǎn)是兩套激光干涉儀測(cè)量光束軸線可調(diào)整至幾乎同一測(cè)量軸線上，兩者的阿貝誤差很小，缺點(diǎn)是由于一臺(tái)干涉儀的近端是另一臺(tái)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(duì)兩套激光干涉儀的光路影響不一致。

2011年，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院建立國(guó)內(nèi)首個(gè)80米大長(zhǎng)度激光干涉儀測(cè)量裝置(冷玉國(guó)，陶磊，徐健.基于80m測(cè)量裝置的雙頻激光干涉儀系統(tǒng)精度及影響因素分析.計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2011，38(9)：47-49)，采用的標(biāo)準(zhǔn)裝置是將三個(gè)Agilent5530型的長(zhǎng)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(shí)測(cè)量，因此可以補(bǔ)償測(cè)量時(shí)的阿貝誤差，但由于是三臺(tái)激光器并行擺放，因此三路標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光空間位置較遠(yuǎn)，被校準(zhǔn)激光干涉儀的測(cè)量光距離每路標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光距離也較遠(yuǎn)，所有測(cè)量光路受環(huán)境的影響不同，空氣折射率對(duì)所有測(cè)量光路影響不一致，造成校準(zhǔn)測(cè)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(tái)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(cè)量鏡。由于兩套激光干涉儀共用一個(gè)干涉鏡組和測(cè)量鏡，無(wú)法確定共用的干涉鏡組和測(cè)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?oflaser?interferometer?systems.Measurement，1985，3(4)：175-184)，將多對(duì)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(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)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)了形貌補(bǔ)償式三光軸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(cè)量光束與被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)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(shí)現(xiàn)：

一種形貌補(bǔ)償式三光軸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)三軸中空激光干涉鏡組形成相互平行的三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束，三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束以正三棱柱側(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(cè)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(jù)從三軸中空激光干涉鏡組中獲得的與三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束分別對(duì)應(yīng)的三個(gè)干涉信號(hào)，可以得到有中間孔的平面鏡沿標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束方向運(yùn)動(dòng)的三個(gè)位移值，每條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束的其余部分光經(jīng)有中間孔的平面鏡透射到三個(gè)光束位置探測(cè)器上；