[發明專利]一種波長修正式多光束角階梯反射鏡激光干涉儀及其測量方法

在審

• 申請號: 201510848301.4
• 申請日: 2015-11-27
• 公開（公告）號: CN105509636A
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發明（設計）人: 許誠昕;徐承成;李運洪;劉俊;張白
• 申請（專利權）人: 成都信息工程大學
• 主分類號: G01B9/02
• 分類號: G01B9/02;G01B11/02
• 代理公司: 四川力久律師事務所 51221
• 代理人: 韓洋

技術領域

本發明涉及一種精密測試技術及儀器領域，特別涉及一種波長修正式多光 束角階梯反射鏡激光干涉儀及其測量方法。

背景技術

激光器的出現，使古老的干涉技術得到迅速發展，激光具有亮度高、方向性 好、單色性及相干性好等特點，激光干涉測量技術已經比較成熟。激光干涉測 量系統應用非常廣泛：精密長度、角度的測量如線紋尺、光柵、量塊、精密絲 杠的檢測；精密儀器中的定位檢測系統如精密機械的控制、校正；大規模集成 電路專用設備和檢測儀器中的定位檢測系統；微小尺寸的測量等。在大多數激 光干涉測長系統中，都采用了邁克爾遜干涉儀或類似的光路結構。

單頻激光干涉儀從激光器發出的光束，經擴束準直后由分光鏡分為兩路， 并分別從固定反射鏡和可動反射鏡反射回來會合在分光鏡上而產生干涉條紋。 當可動反射鏡移動時，干涉條紋的光強變化由接受器中的光電轉換元件和電子 線路等轉換為電脈沖信號，經整形、放大后輸入可逆計數器計算出總脈沖數， 再由電子計算機按計算式L＝N×λ/2，式中λ為激光波長(N為電脈沖總數)，算 出可動反射鏡的位移量L。使用單頻激光干涉儀時，要求周圍大氣處于穩定狀態， 各種空氣湍流都會引起直流電平變化而影響測量結果。

單頻激光干涉儀的弱點之一就是受環境影響嚴重，在測試環境惡劣，測量 距離較長時，這一缺點十分突出。其原因在于它是一種直流測量系統，必然具 有直流光平和電平零漂的弊端。激光干涉儀可動反光鏡移動時，光電接收器會 輸出信號，如果信號超過了計數器的觸發電平則就會被記錄下來，而如果激光 束強度發生變化，就有可能使光電信號低于計數器的觸發電平而使計數器停止 計數，使激光器強度或干涉信號強度變化的主要原因是空氣湍流，機床油霧， 切削屑對光束的影響，結果光束發生偏移或波面扭曲。

單頻激光干涉儀由于測量結構的問題，其測量精度受限于激光的波長，其 精度一般只能為其波長的整數倍，很難再進行提升，同時測量環境的變化對測 量結果有較大影響。隨著工業生產對精密測量的要求越來越高，對測量儀器的 測量精度提出了更高的要求。

發明內容

本發明的目的在于克服現有激光干涉儀測量精度受限于激光波長，測量精度難以提升的不足，提供一種波長修正式多光束角階梯反射鏡激光干涉儀及其測量方法，該激光干涉儀在現有邁克爾遜激光干涉儀的基礎上，采用n光源n階梯平面角反射鏡，測量精度可以達到提高該激光干涉儀的測量精度。測量環境下的激光等效波長可以通過本發明所述測量方法獲得，進一步提高了該激光干涉儀的測量精度。同時由于多光路干涉狀態交替變換，對測量光路的環境變化有更高的抗干擾能力。

為了實現上述發明目的，本發明提供了以下技術方案：

一種波長修正式多光束角階梯反射鏡激光干涉儀，包括激光源、分光鏡、固定階梯平面角反射鏡、測量角反射鏡裝置、光電探測器組，所述測量角反射鏡裝置包括測量角反射鏡與精密位移裝置，所述測量角反射鏡設置在所述精密位移裝置上，所述精密位移裝置設置在被測物體上，所述精密位移裝置為所述測量角反射鏡提供與被測物體位移同向或反向的位移。所述激光源包括n個平行激光束，其中n≥2，所述光電探測器組包括n個光電探測器件；所述固定階梯平面角反射鏡(3)包括成直角的兩個反射階梯面，每個所述反射階梯面包括n個成階梯形的反射平面，相鄰兩個反射平面的間距等于其中k為自然數、λ為激光源發出的激光波長，所述測量角反射鏡包括成直角的兩個反射平面；所述激光源發出的每束激光經過所述分光鏡反射后，分別射入對應一個反射平面，每個所述反射平面將每束激光反射到對應的所述光電探測器組的各個光電探測器件；所述激光源發出的每束激光經過所述分光鏡透射后，分別入射到所述測量角反射鏡后反射到對應的光電探測器組的各個光電探測器件。