[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于白光干涉的量塊測(cè)量裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110535055.2
• 申請(qǐng)日: 2021-05-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113251897B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王毅;姜云飛;馬振鶴;彭思龍;汪雪林;顧慶毅;趙效楠;王一潔;郭曉鋒
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東北大學(xué)秦皇島分校;蘇州中科行智智能科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01B5/02
• 分類(lèi)號(hào): G01B5/02;G01B9/02015
• 代理公司: 北京精金石知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11470
• 代理人: 劉俊玲

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于白光干涉的量塊測(cè)量裝置及方法，涉及測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，包括低相干光源，分光元件，量塊，光譜儀，第一透明板，第二透明板，所述低相干光源發(fā)出的光進(jìn)入分光元件，從分光元件一端輸出的光經(jīng)第一透鏡組件匯聚在量塊左表面上；從分光元件另一端輸出的光經(jīng)過(guò)第二透鏡組件匯聚在量塊右表面上；從量塊和第一透明板反射的光經(jīng)分光元件進(jìn)入光譜儀形成第一干涉光譜；從量塊和第二透明板反射的光返回分光元件進(jìn)入光譜儀形成第二干涉光譜；光譜儀記錄這兩個(gè)干涉光譜的疊加信號(hào)再傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊處理。本發(fā)明結(jié)合傅里葉變換的頻率和相位，實(shí)現(xiàn)了基于白光干涉的量塊的高精度測(cè)量，無(wú)需接觸，操作方便。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及量塊測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于白光干涉的量塊測(cè)量裝置及方法。

背景技術(shù)

量塊是國(guó)際通用的、最重要的長(zhǎng)度量值的實(shí)物傳遞標(biāo)準(zhǔn)，是計(jì)量技術(shù)和工程測(cè)量領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的計(jì)量器具之一，它將長(zhǎng)度單位傳遞到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，在產(chǎn)品質(zhì)量保證體系中發(fā)揮著重大作用。量塊作為計(jì)量器具，其示值準(zhǔn)確無(wú)誤是十分必要的，因此量塊的檢定工作是保證量塊能夠正常使用的不可或缺的步驟，光學(xué)干涉技術(shù)是目前最重要的高精度量塊測(cè)量方法。光學(xué)干涉技術(shù)雖然理論上具有高分辨率的優(yōu)點(diǎn)，但是由于干涉技術(shù)測(cè)量的是相對(duì)于參考面的光程差，因此易受外界干擾，包括空氣的流動(dòng)、溫度的變化以及樣品相對(duì)于干涉系統(tǒng)振動(dòng)的影響，對(duì)測(cè)量環(huán)境要求嚴(yán)格。由于從干涉條紋圖只能測(cè)量干涉條紋的小數(shù)部分，而不能獲得干涉條紋的整數(shù)部分，目前都是利用小數(shù)重合法增加可測(cè)量范圍，需要采用多個(gè)波長(zhǎng)測(cè)量同一量塊，導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜。同時(shí)，由于測(cè)量長(zhǎng)度和光源波長(zhǎng)相關(guān)，因此要求光源具有高穩(wěn)定性。另一方面，使用單端測(cè)量時(shí)，雖然結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但是受到輔助平晶研合的影響；而雙端測(cè)量時(shí)，雖然沒(méi)有輔助平晶研合影響，但是需要進(jìn)行多個(gè)距離的測(cè)量，增加了系統(tǒng)誤差。

中國(guó)專(zhuān)利CN110595351B公開(kāi)了一種具有標(biāo)準(zhǔn)具的白光干涉儀的量值測(cè)量方法，待測(cè)量塊置于鋼平晶上，測(cè)量精度受鋼平晶和量塊研合性的影響，同時(shí)，這種接觸測(cè)量也容易使量塊表面收到污染及受損；而且，樣品光和參考光為非共光路方式，因此易受外界干擾，包括空氣的流動(dòng)、溫度的變化以及鋼平晶振動(dòng)的影響。中國(guó)專(zhuān)利CN201306998Y公開(kāi)了一種二等量塊接觸式激光干涉儀，測(cè)量時(shí)測(cè)頭與量塊上表面接觸，量塊的下表面與工作臺(tái)相接觸進(jìn)行測(cè)量，這種測(cè)量方法主要存在的問(wèn)題:不符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；需要特殊加工的筋型工作臺(tái)；量塊變形可能引起量塊與工作臺(tái)中間的主筋不能可靠接觸，引起測(cè)量誤差。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于白光干涉的量塊測(cè)量裝置及方法。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種基于白光干涉的量塊測(cè)量裝置，包括低相干光源，分光元件，光譜儀，第一透鏡組件，第一透明板，量塊，第二透明板，第二透鏡組件和數(shù)據(jù)處理模塊；所述低相干光源與分光元件為光纖連接；所述分光元件、光譜儀和數(shù)據(jù)處理模塊依次設(shè)置；所述量塊設(shè)置在第一透明板和第二透明板之間；

從靠近所述量塊的左表面到遠(yuǎn)離所述量塊的左表面的方向依次設(shè)置有第一透明板、第一透鏡組件和分光元件；

從靠近所述量塊的右表面到遠(yuǎn)離所述量塊的右表面的方向依次設(shè)置有第二透明板、第二透鏡組件和分光元件；

從所述量塊左表面反射的光和從第一透明板右表面反射的光返回到分光元件，進(jìn)入光譜儀，形成第一干涉光譜；

從所述量塊右表面反射的光和從第二透明板左表面反射的光返回到分光元件，進(jìn)入光譜儀，形成第二干涉光譜；

所述光譜儀記錄第一干涉光譜和第二干涉光譜的疊加干涉信號(hào)，進(jìn)而傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊處理。

進(jìn)一步地，所述第一透鏡組件至少包括一個(gè)第一透鏡，所述第二透鏡組件至少包括一個(gè)第二透鏡。

進(jìn)一步地，還包括平移臺(tái)，所述平移臺(tái)設(shè)置在第一透明板的下方或所述平移臺(tái)設(shè)置在第二透明板的下方。