[發明專利]平面度計量用干涉腔裝置

在審

• 申請號: 201710781185.8
• 申請日: 2017-09-01
• 公開（公告）號: CN107621238A
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 石慧;王子瀚;顧洋;王青
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01B11/30
• 分類號: G01B11/30;G01B9/02
• 代理公司: 南京理工大學專利中心32203
• 代理人: 王瑋

技術領域

本發明屬于光干涉計量領域中的平面度計量領域，具體是一種干涉腔環境條件控制技術。

背景技術

標準平晶是國家級基準物質，負責建立平面度基準，其測量不確定度要求達到0.01μm，因此國家標準《JJG28-2000平晶檢定規程》中規定，24小時內溫度變化不超過1℃，1小時內溫度變化不超過0.1℃。而國內除了少數幾家專業實驗室外，各個省級計量院及其下屬計量部門，均采用普通中央空調或小功率柜式空調進行室溫調控，空調出風溫度波動遠超標準的要求。其次是在普通實驗室中，還有一個更為嚴重的溫度分層問題，從地面到天花板，溫度變化可以接近1℃/m，而在光學平臺表面由于金屬層導溫的影響，更有一層非均勻低溫帶。為此與計量相關的早期干涉儀（如檢定一等量塊的柯氏干涉儀、檢定一等平晶的等傾干涉儀）均采用厚重的保溫材料制造外殼，通過長時間的恒溫（2小時）來保證腔內溫度的穩定和均勻，這屬于被動恒溫，對室溫及其波動均有較嚴格的要求。

在相移干涉儀出現后，自動化判讀、非接觸測量以及光路布置靈活成為其最大的優勢。然而其在實驗室、計量室大量裝備的時候，在高精度計量上的使用卻遇到的困難——市場上所有的相移干涉儀，均沒有厚重外殼的保護，不適應對環境要求極高的計量需求。產生原因有二，首先是相移干涉儀本身電子器件多，內部的激光器、CCD、CMOS和各個電機均是熱源；其次是相移干涉儀的功能多，干涉腔布置多變。因此相移干涉儀的干涉腔一般是敞開布置在光學平臺上，直接受到室內環境影響。在業界有一種觀點是相移干涉儀精度不如等傾干涉儀，其中的實驗支撐依據也有很大一部分原因是恒溫問題。因此很長的一段時間內，相移干涉儀難以發揮其高精密自動化測量的優勢而成為計量干涉儀的主流。

在計量檢定過程中，標準器的尺寸和型式是固定的，因此干涉腔的布置也是固定不變的。在過去的等傾干涉儀、柯氏干涉儀中，采用了厚實外殼的保溫方法。但這種方法的缺點是在打開腔體與外界進行空氣交流后，腔內溫度再平衡慢，而且再平衡溫度不一定與原來的溫度一致，特別是在外界溫度波動較大的情況下。

外殼水冷技術，一般用于大發熱量的設備中。如大功率光纖激光器中的增益光纖盤散熱底板、泵浦源散熱底板，需要對付幾百、上千瓦設備所發出的熱量，其設計一般是單面、敞開式的。而配置的冷水機組功率大，溫控精度為1℃。

發明內容

本發明的目的在于提供一種平面度計量用干涉腔裝置。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種平面度計量用干涉腔裝置，干涉腔的外圍布置有圍護板，其中一面開孔作為干涉儀準直光的通光孔；圍護板分為內外兩層，內層圍護板內部均勻掏挖沿光軸方向相互平行的孔槽，孔槽內通恒溫水流來平衡內外溫度差異。

所述圍護板的底板上依次放置PZT移相器、二維調整架和三維調整架，二維調整架底座和三維調整架底座與光軸方向垂直；二維調整架上夾持標準平晶，三維調整架上夾持待測平晶，光線從干涉儀出射，經標準平晶入射到待測平晶后被反射，反射光線與入射光線相遇產生干涉條紋。

本發明與現有技術相比，其顯著優點：1)采用在干涉腔外圍布置通20℃恒溫水的鋁合金圍護封閉腔的結構，保證了±0.01℃的恒溫測量環境。2)鋁合金封閉腔可以隔離氣流，減小氣流擾動對測量精度的影響。3)鋁合金封閉腔可以配合干涉儀抗振結構，以較小的代價達到標準平晶平面度檢定的高精密環境條件要求。

附圖說明

圖1是本發明平面度計量用干涉腔裝置的平面布置示意圖。

圖2是通水鋁板的水道結構圖與實物圖。

圖3恒溫抗振干涉腔的三維設計圖。

圖4為干涉腔內裝置的裝配圖。

具體實施方式

本發明是一組干涉腔裝置。該裝置在干涉腔的外圍布置有圍護板，維護板內部通20℃恒溫水，保證在一般室溫條件下獲得干涉腔小空間環境下達到±0.01℃恒溫且可隔離氣流。作為主動恒溫方案，還可配合干涉儀抗振結構，以較小的代價達到標準平晶平面度檢定的高精密環境條件要求。

主要技術指標：適用相移干涉儀在普通實驗室室溫（15℃～25℃）的條件下使用，保障干涉儀測試區域（干涉腔）內部溫度為20℃±0.1℃。測試對象為平面光學元件或球面光學元件，其調整架具有三維（x傾斜、y傾斜與z旋轉）電控能力，可以在不打開干涉腔的情況下，完成一對平晶三次旋轉位置的測量，極大地減少恒溫實際和外界干擾。本發明尤其適合高精度絕對檢驗中使用，移相干涉測量時，空腔測試重復性PV優于2nm。