三光軸回位及氣浴式線位移激光干涉儀校準(zhǔn)方法與裝置制造方法
【專利摘要】三光軸回位及氣浴式線位移激光干涉儀校準(zhǔn)方法與裝置屬于激光測(cè)量技術(shù)，本發(fā)明將被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束穿過三軸中空激光干涉鏡組的中間通孔，被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束平行置于以正三棱柱側(cè)棱形式分布的三條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束中心位置處；標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束與被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束垂直距離小，三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束的空氣折射率平均值接近被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束的空氣折射率值；氣浴裝置形成的穩(wěn)定氣浴環(huán)境使三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束的空氣折射率平均值更接近被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束的空氣折射率值；微動(dòng)裝置根據(jù)三個(gè)光束位置探測(cè)器測(cè)量出衍生位移平均值，對(duì)目標(biāo)反射鏡進(jìn)行實(shí)時(shí)回位補(bǔ)償，保證目標(biāo)反射鏡反射面上測(cè)量光束入射位置不發(fā)生變化。
【專利說明】三光軸回位及氣浴式線位移激光干涉儀校準(zhǔn)方法與裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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)】
[0002]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?，因而?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)。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]2011年，中國計(jì)量科學(xué)研究院建立國內(nèi)首個(gè)80米大長度激光干涉儀測(cè)量裝置(冷 玉國，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。
[0006]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)。
[0007]1985 年，Dr-1ng H._H.Schussler 充分利用空間分布(Dr-1ng H.-H.Schussler.Comparison and calibration of laser 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】

[0008]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)了三光軸 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(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)。
[0009]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0010]一種三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:
[0011](I)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；
[0012](2)被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器的輸出光經(jīng)被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組形成被校 準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束，被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束穿過三軸中空激光干涉鏡組的中間通 孔，與三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束平行，并與每條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束的距離相等。被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量 光束入射到被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡上，在被反射回被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組后，根據(jù) 從被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組中獲得的干涉信號(hào)，可以得到被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡沿標(biāo) 準(zhǔn)測(cè)量光束方向運(yùn)動(dòng)的位移值；
[0013](3)氣浴裝置沿垂直于三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束方向吹送勻速氣流，形成穩(wěn)定的氣浴環(huán) 境，在垂直于三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束的平面，由三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束在該平面投影點(diǎn)構(gòu)成的等邊 三角形區(qū)域內(nèi)，氣浴環(huán)境使空氣溫度、濕度和氣壓近似均勻分布，使三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束的空 氣折射率平均值更加接近被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束的空氣折射率值；
[0014](4)運(yùn)動(dòng)臺(tái)沿標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束方向作往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中伴有在垂直于標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束平 面內(nèi)任意二維方向的衍生位移，配裝在運(yùn)動(dòng)臺(tái)上的目標(biāo)反射鏡在垂直于標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束平面 內(nèi)任意二維方向有相對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)臺(tái)的自由位移，三個(gè)光束位置探測(cè)器分別測(cè)量出標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束 相對(duì)目標(biāo)反射鏡在垂直于標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束平面內(nèi)任意二維方向衍生位移，微動(dòng)裝置根據(jù)三個(gè) 光束位置探測(cè)器測(cè)量出衍生位移的平均值，對(duì)目標(biāo)反射鏡衍生位移進(jìn)行實(shí)時(shí)回位補(bǔ)償，保 證目標(biāo)反射鏡反射面上測(cè)量光束的入射位置不發(fā)生變化；
[0015](5)在運(yùn)動(dòng)臺(tái)沿標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中，以勻速或非勻速采樣速率，同 步采樣標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀三個(gè)測(cè)量位移值和被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量位移值，將每次采樣獲得 的標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀三個(gè)測(cè)量位移取平均值后與同時(shí)采樣獲得的被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量位 移值作差，得到若干采樣測(cè)量誤差值。
[0016]一種三光軸回位及氣浴式線位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置，包括標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀激光 器，三個(gè)配置在可接收標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀干涉信號(hào)位置上的接收器，導(dǎo)線將三個(gè)接收器分別 與標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀信號(hào)處理系統(tǒng)連接；在標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀激光器輸出光路上配置有中間通孔的可以讓被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束穿過的三軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組；三軸中空標(biāo)準(zhǔn) 激光干涉鏡組一側(cè)配置導(dǎo)軌，運(yùn)動(dòng)臺(tái)配裝在導(dǎo)軌上，在運(yùn)動(dòng)臺(tái)上通過微動(dòng)裝置安裝有中間 孔的平面鏡，在平面鏡中間孔內(nèi)安裝被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡，被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡 和有中間孔的平面鏡組成入射面共面并且相對(duì)位置固定的目標(biāo)反射鏡；三個(gè)光束位置探 測(cè)器配置在有中間孔的平面鏡透射區(qū)域后面，且分別位于三條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束透射光路 上；在三條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束側(cè)部配置氣浴裝置；在三軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組另一側(cè)配 置被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組和被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器，所述被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡 組位于被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器輸出光路上；被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器配置在可接收被校 準(zhǔn)激光干涉儀干涉信號(hào)的位置上，導(dǎo)線將被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器與被校準(zhǔn)激光干涉儀信 號(hào)處理系統(tǒng)連接。
[0017]本發(fā)明具有以下特點(diǎn)及良好效果:
[0018](I)與并行式激光干涉儀校準(zhǔn)裝置相比，由于被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束通過三 軸中空激光干涉鏡組的中間通孔，被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光軸與平行標(biāo)準(zhǔn)光軸之間的垂直 距離更短，兩者的光路更加接近，因此兩套激光干涉儀校準(zhǔn)時(shí)阿貝誤差很小。
[0019](2)與面對(duì)面式激光干涉儀校準(zhǔn)裝置相比，在垂直于三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束的平面內(nèi)， 由三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束在該平面投影點(diǎn)構(gòu)成的等邊三角形區(qū)域中，三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束和被校 準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束受環(huán)境干擾的程度差異很小，三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束的空氣折射率平均 值接近被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束的空氣折射率值。
[0020](3)與共光路式激光干涉儀校準(zhǔn)裝置相比，沒有共用干涉鏡組和測(cè)量鏡，標(biāo)準(zhǔn)激光 干涉儀部件和被校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀部件歸屬明確，是準(zhǔn)確意義上兩套激光干涉儀進(jìn)行校 準(zhǔn)。
[0021](4)三個(gè)光束位置探測(cè)器能夠分別測(cè)量出三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束相對(duì)目標(biāo)反射鏡在垂 直于標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束平面內(nèi)任意二維方向衍生位移，微動(dòng)裝置根據(jù)三個(gè)光束位置探測(cè)器測(cè)量 出衍生位移的平均值，對(duì)目標(biāo)反射鏡衍生位移進(jìn)行實(shí)時(shí)回位補(bǔ)償，使目標(biāo)反射鏡反射面上 測(cè)量光束的入射位置不發(fā)生變化，保證校準(zhǔn)時(shí)不會(huì)引人目標(biāo)反射鏡反射面上不同形貌特征 值造成的測(cè)量誤差。
[0022](5)在垂直于三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束平面、并由三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束在其平面投影圍成 的等邊三角形區(qū)域內(nèi)，由三條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束側(cè)部配置的氣浴裝置形成的穩(wěn)定氣浴環(huán)境 使空氣溫度、濕度和氣壓近似均勻分布，使三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束的空氣折射率平均值更加接 近被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束的空氣折射率值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為并行式激光干涉儀校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖
[0024]圖2為面對(duì)面式激光干涉儀校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖
[0025]圖3為共光路式激光干涉儀校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖
[0026]圖4為三光軸回位及氣浴式線位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖
[0027]圖5為在有中間孔的平面鏡與被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡組成的目標(biāo)反射鏡的入 射面上光斑位置分布示意圖
[0028]圖中:1標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀激光器、2三軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組、3、4、5三條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束、6有中間孔的平面鏡、7、8、9標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀接收器、10標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)處理系統(tǒng)、 11被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器、12被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組、13被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光 束、14中間通孔、15被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡、16被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器、17被校準(zhǔn)激 光干涉儀信號(hào)處理系統(tǒng)、18微動(dòng)裝置、19運(yùn)動(dòng)臺(tái)、20導(dǎo)軌、21氣浴裝置、22、23、24三個(gè)光束 位置探測(cè)器、25、26、27三條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束光斑位置、28被校準(zhǔn)激光干涉儀光束光斑位 置。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0030]一種三光軸回位及氣浴式線位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置，包括標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀激光 器1，三個(gè)配置在可接收標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀干涉信號(hào)位置上的接收器7、8、9，導(dǎo)線將三個(gè)接收 器7、8、9分別與標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀信號(hào)處理系統(tǒng)10連接；在標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀激光器I輸出光 路上配置有中間通孔14的可以讓被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束13穿過的三軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光 干涉鏡組2 ;三軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組2 —側(cè)配置導(dǎo)軌20，運(yùn)動(dòng)臺(tái)19配裝在導(dǎo)軌20上， 在運(yùn)動(dòng)臺(tái)19上通過微動(dòng)裝置18安裝有中間孔的平面鏡6，在平面鏡6中間孔內(nèi)安裝被校準(zhǔn) 激光干涉儀反射鏡15，被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡15和有中間孔的平面鏡6組成入射面共面 并且相對(duì)位置固定的目標(biāo)反射鏡；三個(gè)光束位置探測(cè)器22、23、24配置在有中間孔的平面 鏡6透射區(qū)域后面，且分別位于三條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5透射光路上；在三條平行標(biāo)準(zhǔn) 測(cè)量光束3、4、5側(cè)部配置氣浴裝置21 ;在三軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組2另一側(cè)配置被校準(zhǔn) 激光干涉儀干涉鏡組12和被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器11，所述被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組 12位于被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器11輸出光路上；被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器16配置在可接 收被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉信號(hào)的位置上，導(dǎo)線將被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器16與被校準(zhǔn)激 光干涉儀信號(hào)處理系統(tǒng)17連接。
[0031]所述的三條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5和被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束13都與目標(biāo) 反射鏡入射面垂直。
[0032]所述的三軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組2的中間通孔14包括任意形狀，數(shù)目是一個(gè)或 一個(gè)以上。
[0033]所述的每條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5和被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束13分別被有 中間孔的平面鏡6和被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡15反射一次或一次以上。
[0034]所述的被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡15包括平面鏡、角錐棱鏡、直角棱鏡。
[0035]一種三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:
[0036](I)標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀激光器I的輸出光經(jīng)三軸中空激光干涉鏡2組形成相互平行 的三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5，三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5以正三棱柱側(cè)棱分布形式入射到有 中間孔的平面鏡6上，每條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5中帶有平面鏡6位移信息的部分光被反射 回三軸中空激光干涉鏡組2后，根據(jù)從三軸中空激光干涉鏡組2中獲得的與三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量 光束3、4、5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6沿標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、 5方向運(yùn)動(dòng)的三個(gè)位移值，每條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5的其余部分光經(jīng)有中間孔的平面鏡6透 射到三個(gè)光束位置探測(cè)器22、23、24上；
[0037](2)被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器11的輸出光經(jīng)被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組12形成被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束13，被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束13穿過三軸中空激光干涉鏡 組2的中間通孔14，與三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5平行，并與每條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5的距離 相等。被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束13入射到被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡15上，在被反射回 被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組12后，根據(jù)從被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組12中獲得的干涉信 號(hào)，可以得到被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡15沿標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5方向運(yùn)動(dòng)的位移值；
[0038](3)氣浴裝置21沿垂直于三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5方向吹送勻速氣流，形成穩(wěn)定 的氣浴環(huán)境，在垂直于三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5的平面，由三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5在該平 面投影點(diǎn)構(gòu)成的等邊三角形區(qū)域內(nèi)，氣浴環(huán)境使空氣溫度、濕度和氣壓近似均勻分布，使三 條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5的空氣折射率平均值更加接近被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束13的空 氣折射率值；
[0039](4)運(yùn)動(dòng)臺(tái)19沿標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5方向作往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中伴有在垂直于標(biāo)準(zhǔn)測(cè) 量光束3、4、5平面內(nèi)任意二維方向的衍生位移，配裝在運(yùn)動(dòng)臺(tái)19上的目標(biāo)反射鏡在垂直于 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5平面內(nèi)任意二維方向有相對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)臺(tái)19的自由位移，三個(gè)光束位置探測(cè) 器22、23、24分別測(cè)量出標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5相對(duì)目標(biāo)反射鏡在垂直于標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、 5平面內(nèi)任意二維方向衍生位移，微動(dòng)裝置18根據(jù)三個(gè)光束位置探測(cè)器22、23、24測(cè)量出衍 生位移的平均值，對(duì)目標(biāo)反射鏡衍生位移進(jìn)行實(shí)時(shí)回位補(bǔ)償，保證目標(biāo)反射鏡反射面上測(cè) 量光束的入射位置不發(fā)生變化；
[0040](5)在運(yùn)動(dòng)臺(tái)19沿標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中，以勻速或非勻速采 樣速率，同步采樣標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀三個(gè)測(cè)量位移值和被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量位移值，將每 次采樣獲得的標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀三個(gè)測(cè)量位移取平均值后與同時(shí)采樣獲得的被校準(zhǔn)激光干 涉儀測(cè)量位移值作差，得到若干采樣測(cè)量誤差值。
[0041]標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束光斑位置25、26、27依次分別是三條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5入射 到有中間孔的平面鏡6的位置，被校準(zhǔn)激光干涉儀光束光斑位置28是被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè) 量光束13入射被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡15的位置，從位置分布可以看出被校準(zhǔn)激光干涉 儀光束光斑位置28處在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束光斑位置25、26、27的中心位置點(diǎn)，即三條平行標(biāo)準(zhǔn) 測(cè)量光束3、4、5將被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束13夾持在中心位置。
【權(quán)利要求】
1.一種三光軸回位及氣浴式線位移激光干涉儀校準(zhǔn)方法，其特征在于該方法步驟如下:(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；(2)被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器的輸出光經(jīng)被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組形成被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束，被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束穿過三軸中空激光干涉鏡組的中間通孔，與三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束平行，并與每條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束的距離相等，被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束入射到被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡上，在被反射回被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組后，根據(jù)從被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組中獲得的干涉信號(hào)，可以得到被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡沿標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束方向運(yùn)動(dòng)的位移值；(3)氣浴裝置沿垂直于三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束方向吹送勻速氣流，形成穩(wěn)定的氣浴環(huán)境，在垂直于三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束的平面，由三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束在該平面投影點(diǎn)構(gòu)成的等邊三角形區(qū)域內(nèi)，氣浴環(huán)境使空氣溫度、濕度和氣壓近似均勻分布，使三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束的空氣折射率平均值更加接近被校準(zhǔn)激光于涉儀測(cè)量光束的空氣折射率值；(4)運(yùn)動(dòng)臺(tái)沿標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束方向作往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中伴有在垂直于標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束平面內(nèi)任意二維方向的衍生位移，配裝在運(yùn)動(dòng)臺(tái)上的目標(biāo)反射鏡在垂直于標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束平面內(nèi)任意二維方向有相對(duì)遠(yuǎn)動(dòng)臺(tái)的自由位移，三個(gè)光束位置探測(cè)器分別測(cè)量出標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束相對(duì)目標(biāo)反射鏡在垂直于標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束平面內(nèi)任意二維方向衍生位移，微動(dòng)裝置根據(jù)三個(gè)光束位置探測(cè)器測(cè)量出衍生位移的平均值，對(duì)目標(biāo)反射鏡衍生位移進(jìn)行實(shí)時(shí)回位補(bǔ)償，保證目標(biāo)反射鏡反射面上測(cè)量光束的入射位置不發(fā)生變化；(5)在運(yùn)動(dòng)臺(tái)沿標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中，以勻速或非勻速采樣速率，同步采樣標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀三個(gè)測(cè)量位移值和被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量位移值，將每次采樣獲得的標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀三個(gè)測(cè)量位移取平均值后與同時(shí)采樣獲得的被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量位移值作差，得到若干采樣測(cè)量誤差值。
2.一種三光軸回位及氣浴式線位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置，包括標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀激光器(I)和三個(gè)配置在可接收標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀干涉信號(hào)位置上的接收器(7、8、9)，導(dǎo)線將三個(gè)接收器(7、8、9)分別與標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀信號(hào)處理系統(tǒng)(10)連接；其特征在于在標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀激光器(I)輸出光路上配置有中間通孔(14)的可以讓被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束(13)穿過的三軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組(2);三軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組(2) —側(cè)配置導(dǎo)軌(20)，運(yùn)動(dòng)臺(tái)(19)配裝在導(dǎo)軌(20)上，在運(yùn)動(dòng)臺(tái)(19)上通過微動(dòng)裝置(18)安裝有中間孔的平面鏡(6)，在平面鏡(6)中間孔內(nèi)安裝被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡(15)，被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡(15)和有中間孔的平面鏡(6)組成入射面共面并且相對(duì)位置固定的目標(biāo)反射鏡；三個(gè)光束位置探測(cè)器(22、23、24)配置在有中間孔的平面鏡(6)透射區(qū)域后面，且分別位于三條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束(3、4、5)透射光路上；在三條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束(3、4、5)側(cè)部配置氣浴裝置(21);在三軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組(2)另一側(cè)配置被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組(12)和被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器(11)，所述被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組(12)位于被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器(11)輸出光路上；被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器(16)配置在可接收被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉信號(hào)的位置上，導(dǎo)線將被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器(16)與被校準(zhǔn)激光干涉儀信號(hào)處理系統(tǒng)(17)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三光軸回位及氣浴式線位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述的三條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束(3、4、5)和被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束(13)都與目標(biāo)反射鏡入射面垂直。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三光軸回位及氣浴式線位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述的三軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組(2)的中間通孔(14)包括任意形狀，數(shù)目是一個(gè)或一個(gè)以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三光軸回位及氣浴式線位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述的每條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束(3、4、5)和被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束(13)分別被有中間孔的平面鏡(6)和被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡(15)反射一次或一次以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三光軸回位及氣浴式線位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述的被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡(15)包括平面鏡、角錐棱鏡、直角棱鏡。
【文檔編號(hào)】G01B9/02GK103499282SQ201310475522
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】譚久彬, 胡鵬程, 毛帥 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)