一種波長(zhǎng)修正式多光束階梯平面反射鏡激光干涉儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種波長(zhǎng)修正式多光束階梯平面反射鏡激光干涉儀，包括激光源、分光鏡、固定反射鏡、測(cè)量反射鏡裝置、光電探測(cè)器組，其中激光源包括n(n≥2)個(gè)平行激光束，光電探測(cè)器組包括n個(gè)光電探測(cè)器件。測(cè)量反射鏡裝置包括測(cè)量反射鏡與精密位移裝置，固定反射鏡的反射面為n個(gè)階梯平面，相鄰兩個(gè)反射平面間距為λ/2n+kλ/2(k為自然數(shù))；每束激光經(jīng)分光鏡后變?yōu)閮墒?，其中一束?jīng)固定反射鏡反射后從分光鏡透射，到達(dá)光電探測(cè)器，同時(shí)另一束激光依次經(jīng)測(cè)量反射鏡、分光鏡反射后也入射至該光電探測(cè)器。該激光干涉儀產(chǎn)生的激光干涉現(xiàn)象不僅和激光波長(zhǎng)有關(guān)，還和階梯型反射平面高度差值有關(guān)，該光電探測(cè)器組能夠檢測(cè)到精度達(dá)到λ/2n級(jí)別的位移，同時(shí)在測(cè)量過(guò)程中修正激光波長(zhǎng)，減小環(huán)境對(duì)激光干涉測(cè)量結(jié)果的影響，顯著提高了測(cè)量精度。
【專利說(shuō)明】
一種波長(zhǎng)修正式多光束階梯平面反射鏡激光干涉儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種精密測(cè)試技術(shù)及儀器領(lǐng)域，特別涉及一種波長(zhǎng)修正式多光束階梯平面反射鏡激光干涉儀。
【背景技術(shù)】
[0002]激光器的出現(xiàn)，使古老的干涉技術(shù)得到迅速發(fā)展，激光具有亮度高、方向性好、單色性及相干性好等特點(diǎn)，激光干涉測(cè)量技術(shù)已經(jīng)比較成熟。激光干涉測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛:精密長(zhǎng)度、角度的測(cè)量如線紋尺、光柵、量塊、精密絲杠的檢測(cè)；精密儀器中的定位檢測(cè)系統(tǒng)如精密機(jī)械的控制、校正;大規(guī)模集成電路專用設(shè)備和檢測(cè)儀器中的定位檢測(cè)系統(tǒng);微小尺寸的測(cè)量等。在大多數(shù)激光干涉測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)中，都采用了邁克爾遜干涉儀或類似的光路結(jié)構(gòu)。
[0003]單頻激光干涉儀從激光器發(fā)出的光束，經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直后由分光鏡分為兩路，并分別從固定反射鏡和可動(dòng)反射鏡反射回來(lái)會(huì)合在分光鏡上而產(chǎn)生干涉條紋。當(dāng)可動(dòng)反射鏡移動(dòng)時(shí)，干涉條紋的光強(qiáng)變化由接受器中的光電轉(zhuǎn)換元件和電子線路等轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，經(jīng)整形、放大后輸入可逆計(jì)數(shù)器計(jì)算出總脈沖數(shù)，再由電子計(jì)算機(jī)按計(jì)算式L = NXA/2，式中λ為激光波長(zhǎng)(N為電脈沖總數(shù))，算出可動(dòng)反射鏡的位移量L。使用單頻激光干涉儀時(shí)，要求周圍大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)，各種空氣湍流都會(huì)引起直流電平變化而影響測(cè)量結(jié)果。
[0004]單頻激光干涉儀的弱點(diǎn)之一就是受環(huán)境影響嚴(yán)重，在測(cè)試環(huán)境惡劣，測(cè)量距離較長(zhǎng)時(shí)，這一缺點(diǎn)十分突出。其原因在于它是一種直流測(cè)量系統(tǒng)，必然具有直流光平和電平零漂的弊端。激光干涉儀可動(dòng)反光鏡移動(dòng)時(shí)，光電接收器會(huì)輸出信號(hào)，如果信號(hào)超過(guò)了計(jì)數(shù)器的觸發(fā)電平則就會(huì)被記錄下來(lái)，而如果激光束強(qiáng)度發(fā)生變化，就有可能使光電信號(hào)低于計(jì)數(shù)器的觸發(fā)電平而使計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，使激光器強(qiáng)度或干涉信號(hào)強(qiáng)度變化的主要原因是空氣湍流，機(jī)床油霧，切削肩對(duì)光束的影響，結(jié)果光束發(fā)生偏移或波面扭曲。
[0005]單頻激光干涉儀由于測(cè)量結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，其測(cè)量精度受限于激光的波長(zhǎng)，其精度一般只能為其波長(zhǎng)的整數(shù)倍，很難再進(jìn)行提升，同時(shí)測(cè)量環(huán)境的變化對(duì)測(cè)量結(jié)果有較大影響。隨著工業(yè)生產(chǎn)對(duì)精密測(cè)量的要求越來(lái)越高，對(duì)測(cè)量?jī)x器的測(cè)量精度提出了更高的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有激光干涉儀測(cè)量精度受限于激光波長(zhǎng)，測(cè)量精度難以提升的不足，提供一種波長(zhǎng)修正式多光束階梯平面反射鏡激光干涉儀及其測(cè)量方法，該激光干涉儀在現(xiàn)有邁克爾遜激光干涉儀的基礎(chǔ)上，采用多光源多階梯平面反射鏡，對(duì)于η階梯平面反射鏡可以檢測(cè)λ/2η的精度，提高了激光干涉儀的測(cè)量精度。測(cè)量環(huán)境下的激光等效波長(zhǎng)可以通過(guò)本發(fā)明所述測(cè)量方法獲得，進(jìn)一步提高了該激光干涉儀的測(cè)量精度。同時(shí)由于多光路干涉狀態(tài)交替變換，對(duì)測(cè)量光路的環(huán)境變化有更高的抗干擾能力。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案:
[0008]—種波長(zhǎng)修正式多光束階梯平面反射鏡激光干涉儀，包括激光源、分光鏡、固定反射鏡、測(cè)量反射鏡裝置、光電探測(cè)器組，其特征在于，所述測(cè)量反射鏡裝置包括測(cè)量反射鏡與精密位移裝置，所述測(cè)量反射鏡設(shè)置在所述精密位移裝置上，所述精密位移裝置設(shè)置在被測(cè)物體上，所述精密位移裝置為所述測(cè)量反射鏡提供與被測(cè)物體位移同向或反向的位移。所述激光源包括η個(gè)平行激光束，其中η多2，所述光電探測(cè)器組包括η個(gè)光電探測(cè)器件，所述固定反射鏡的反射面為η個(gè)成階梯型的反射平面，相鄰兩個(gè)反射平面的間距等于λ/2η+kX/2，其中k為任意自然數(shù)、λ為激光源發(fā)出的激光波長(zhǎng);每個(gè)所述激光源發(fā)出的每束激光經(jīng)過(guò)所述分光鏡反射后，分別垂直射入對(duì)應(yīng)一個(gè)反射平面，每個(gè)所述反射平面將對(duì)應(yīng)激光反射到所述光電探測(cè)器組的對(duì)應(yīng)各個(gè)光電探測(cè)器件;所述激光源發(fā)出的每束激光束經(jīng)過(guò)所述分光鏡透射后，分別垂直入射到所述測(cè)量反射鏡后反射到光電探測(cè)器組的對(duì)應(yīng)的各個(gè)光電探測(cè)器件。
[0009]該激光干涉儀的激光源產(chǎn)生的平行激光束數(shù)量、階梯型反射平面數(shù)量和光電探測(cè)器件的數(shù)量均為η(η多2)，且為一一對(duì)應(yīng)，即激光源發(fā)射的每束激光均分為兩路，一路激光通過(guò)分光鏡反射到固定反射鏡的階梯面的其中一個(gè)平面后，垂直反射到光電探測(cè)器組上的其中一個(gè)光電探測(cè)器件，另一路激光直接在分光鏡內(nèi)透射后入射到測(cè)量反射鏡后再垂直反射到同一個(gè)光電探測(cè)器件，該光電探測(cè)器件即能探測(cè)到這兩路光程差在測(cè)量反射鏡發(fā)生位移過(guò)程中是否產(chǎn)生最強(qiáng)干涉狀態(tài)或最弱干涉狀態(tài)。由于固定反射鏡上為階梯型反射面，所以激光源發(fā)射的各束激光通過(guò)固定反射鏡的階梯面反射后的光路的光程是不相同的，同時(shí)激光源發(fā)射的每束激光分成兩路后到達(dá)對(duì)應(yīng)的光電探測(cè)器件后的光程差值均不相同，能夠發(fā)生干涉現(xiàn)象不僅和激光的波長(zhǎng)有關(guān)，還和階梯反射平面的平面高度差值有關(guān)系，該階梯面(即階梯型反射平面)的相鄰兩個(gè)平面高度差值等于λ/2η+1?λ/2，即相鄰階梯面的高度差值可以相同也可以不同，由于每束激光在每個(gè)反射平面反射后，光程有所差異，不管相鄰兩個(gè)反射平面的高度差值多少，其光程差均為A/n+kA。
[0010]由于上述光程差公式中U并不會(huì)影響該光束激光的干涉狀態(tài)，只有差值λ/η才會(huì)對(duì)該光束激光的干涉狀態(tài)產(chǎn)生影響，因此，只要測(cè)量反射鏡進(jìn)行移動(dòng)λ/2η的距離或整數(shù)倍于λ/2η的距離，該光電探測(cè)器組上的光電探測(cè)器件的其中一個(gè)能夠檢測(cè)出其激光干涉狀態(tài)達(dá)到最強(qiáng)干涉狀態(tài)，故該激光干涉儀的檢測(cè)精度則變?yōu)棣?2η，相對(duì)于現(xiàn)有的激光干涉儀只能檢測(cè)精度為激光波長(zhǎng)λ而言，該測(cè)量精度得到了顯著提高，該測(cè)量精度即由固定反射鏡的階梯面的每?jī)蓚€(gè)階梯平面的間距(也可稱為高度或厚度)以及激光源的激光波長(zhǎng)決定。
[0011]由于采用多光路干涉測(cè)量，測(cè)量過(guò)程中，各光電探測(cè)器探測(cè)到的直流電平應(yīng)該交替變化，如果某一光路的測(cè)量環(huán)境的變化造成光電探測(cè)器測(cè)量的直流電平發(fā)生偏移，而其它測(cè)量光路的光電探測(cè)器探測(cè)到的直流電平?jīng)]有發(fā)生交替變化，此時(shí)認(rèn)為該測(cè)量光路是受到測(cè)量環(huán)境的影響，忽略其電平變化。如果多條光路的測(cè)量環(huán)境的變化造成多個(gè)光電探測(cè)器測(cè)量的直流電平發(fā)生偏移，則認(rèn)為測(cè)量環(huán)境發(fā)生變化，忽略其電平變化。僅僅對(duì)于測(cè)量過(guò)程中嚴(yán)格滿足多光路干涉狀態(tài)交替變化的情況才對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)，即多光路干涉測(cè)量中引入交流信號(hào)，將傳統(tǒng)的激光干涉測(cè)量中直流電平的測(cè)量轉(zhuǎn)換為交流信號(hào)的測(cè)量。
[0012]需要說(shuō)明的是，相鄰兩個(gè)平面高度差值等于λ/2η+1?λ/2，真正決定激光是否處于最強(qiáng)干涉狀態(tài)的只是差值λ/2η，增加的差值U/2是為了增加階梯面相鄰兩個(gè)反射面的高度差值。
[0013]優(yōu)選地，所述固定反射鏡包括平面反射鏡本體以及η-l個(gè)反射薄片組合而成，每個(gè)所述反射薄片的厚度為λ/2η+1?λ/2，其中k為自然數(shù)。
[0014]該階梯面通過(guò)η-l個(gè)反射薄片疊加在平面反射鏡本體上而成，平面反射鏡本體表面為激光干涉儀用普通反射鏡，其中每個(gè)反射薄片的厚度為A/2n+U/2，k為自然數(shù)，即每個(gè)反射薄片的厚度可以相同也可以不同。
[0015]優(yōu)選地，每個(gè)所述反射薄片厚度均為λ/2η。
[0016]優(yōu)選地，所述平面反射鏡本體以及η-l個(gè)厚度相同的反射薄片為一體成型體，避免分塊的反射薄片連接在一起產(chǎn)生的相鄰兩個(gè)反射薄片形成的兩個(gè)階梯平面的高度誤差。
[0017]本申請(qǐng)的上述方案中，由于將測(cè)量反射鏡設(shè)置在精密位移裝置上，而精密位移裝置設(shè)置在被測(cè)物體上，當(dāng)被測(cè)物體發(fā)生位移時(shí)，被測(cè)物體帶動(dòng)精密位移裝置，進(jìn)而帶動(dòng)測(cè)量反射鏡，如此，當(dāng)被測(cè)物體發(fā)生位移時(shí)，在位移過(guò)程中，由于干涉光路光程的變化，使得，對(duì)應(yīng)光束的激光干涉狀態(tài)也隨之變化，開始測(cè)量工作前，啟動(dòng)精密位移裝置，使測(cè)量反射鏡產(chǎn)生位移，所述測(cè)量反射鏡的位移方向與被測(cè)物體的位移方向在同一直線上，當(dāng)光電探測(cè)器組中任意一個(gè)光電探測(cè)器檢測(cè)到最強(qiáng)相長(zhǎng)干涉時(shí)，停止精密位移裝置，并將光電探測(cè)器組中所有光電探測(cè)器計(jì)數(shù)清零，然后再開始測(cè)量被測(cè)物體的位移，在對(duì)應(yīng)激光束的干涉狀態(tài)變化過(guò)程中，光電探測(cè)器組中所有光電探測(cè)器記錄對(duì)應(yīng)干涉光路最強(qiáng)相長(zhǎng)干涉的總次數(shù)N，當(dāng)被測(cè)物體移動(dòng)結(jié)束，處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，光電探測(cè)器組停止計(jì)數(shù);此時(shí)，通過(guò)精密位移裝置使測(cè)量反射鏡在被測(cè)物體的位移方向上移動(dòng)，并觀測(cè)光電探測(cè)器組，當(dāng)光電探測(cè)器組中任意一個(gè)光電探測(cè)器檢測(cè)到最強(qiáng)相長(zhǎng)干涉時(shí)，停止精密位移裝置，并讀取精密位移裝置為測(cè)量反射鏡提供的位移值A(chǔ)L。
[0018]若位移AL與被測(cè)物體的位移方向相同，則被測(cè)物體實(shí)際產(chǎn)生的位移值L= N X λ/(2η) + (λ/(2η)-Λυ，其中Λ?<λ/(2η)，式中λ為激光波長(zhǎng)；
[0019 ]若位移AL與被測(cè)物體的位移方向相反，則被測(cè)物體實(shí)際產(chǎn)生的位移值L = N X λ/(2n)+AL，其中Λ?<λ/(2η)，式中λ為激光波長(zhǎng)。
[0020]如此，通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，將被測(cè)物體實(shí)際位移中超出1/(2η)個(gè)激光波長(zhǎng)部分AL也測(cè)量出來(lái)補(bǔ)充到位移檢測(cè)結(jié)果中，進(jìn)而使得本申請(qǐng)的激光干涉儀所測(cè)量得到的位移結(jié)果更加精確，其精確度高于1/(2η)個(gè)激光波長(zhǎng)，具體取決于精密位移裝置所能提供的位移精度。
[0021]作為本申請(qǐng)的優(yōu)選方案，所述精密位移裝置包括支撐平臺(tái)和設(shè)置在所述支撐平臺(tái)上的驅(qū)動(dòng)裝置，所述支撐平臺(tái)與所述被測(cè)物體相配合，所述驅(qū)動(dòng)裝置為所述測(cè)量反射鏡提供在被測(cè)物體位移方向上的位移。
[0022]作為本申請(qǐng)的優(yōu)選方案，所述驅(qū)動(dòng)裝置為壓電陶瓷型驅(qū)動(dòng)裝置。
[0023]在本方案中，采用壓電陶瓷型驅(qū)動(dòng)裝置能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料，其在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的形變量很小，最多不超過(guò)本身尺寸的千萬(wàn)分之一的微小位移，具有良好的往復(fù)形變恢復(fù)能力，穩(wěn)定性好、精度高，進(jìn)一步提高了本申請(qǐng)精密位移裝置的精確性和可靠性。
[0024]作為本申請(qǐng)的優(yōu)選方案，所述精密位移裝置還包括設(shè)置在所述支撐平臺(tái)上的第一位移件和設(shè)置在所述第一位移件上的第二位移件，所述驅(qū)動(dòng)裝置與所述第一位移件相配合，為所述第一位移件提供沿所述支撐平臺(tái)的位移，所述第一位移件具有一相對(duì)于其位移方向傾斜的斜面，所述第二位移件滑動(dòng)設(shè)置在所述第一位移件的斜面上，使所述第二位移件可沿所述第一位移件的斜面滑動(dòng)，所述第一位移件與第二位移件之間貼緊配合，所述測(cè)量反射鏡設(shè)置在所述第二位移件上，所述支撐平臺(tái)上還設(shè)置有約束裝置，所述約束裝置限制所述第二位移件沿所述第一位移件位移方向上的運(yùn)動(dòng)，使得當(dāng)?shù)谝晃灰萍凰鲵?qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)而產(chǎn)生位移時(shí)，所述第二位移件被所述第一位移件帶動(dòng)而產(chǎn)生位移，并且，所述第二位移件的位移方向與所述第一位移件的位移方向相垂直，所述第一位移件的斜面與其位移方向的夾角為A度，0〈A〈45。
[0025]在本申請(qǐng)的上述方案中，驅(qū)動(dòng)裝置與第一位移件相配合，為第一位移件提供沿支撐平臺(tái)的位移，第一位移件具有一相對(duì)于其位移方向傾斜的斜面，第二位移件滑動(dòng)設(shè)置在第一位移件的斜面上，使第二位移件可沿第一位移件的斜面滑動(dòng)，在精密位移裝置工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置提供一定的位移量推動(dòng)第一位移件，此時(shí)，由于約束裝置限制第二位移件沿第一位移件位移方向上的運(yùn)動(dòng)，使第二位移件的位移方向與第一位移件的位移方向相垂直，如此，第二位移件的位移量與驅(qū)動(dòng)裝置為第一位移件提供的位移量相關(guān)，還與第一位移件的斜面與其位移方向的夾角相關(guān)。
[0026]S卩，設(shè)第一位移件的斜面與其位移方向的夾角為A度，當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置提供的位移量為X時(shí)，第二位移件在垂直于驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)方向上產(chǎn)生的位移量即為Y = Xtan(A),如此，當(dāng)夾角A小于45度時(shí)，將得到一個(gè)小于X值的位移量，當(dāng)進(jìn)一步的減小夾角A時(shí)，位移量Y也隨之減小，如此，使得在本申請(qǐng)的方案中，精密位移裝置通過(guò)以行程換精度的方式，直接提高了本申請(qǐng)精密位移裝置的精度，也就進(jìn)一步的提高了本申請(qǐng)激光干涉儀的測(cè)量精度。
[0027]作為本申請(qǐng)的優(yōu)選方案，所述第一位移件與所述支撐平臺(tái)之間還設(shè)置有具有磁性的磁性件，所述第二位移件具有磁性，所述第二位移件與所述磁性件為異性相吸狀態(tài)。使得第一位移件在被推動(dòng)時(shí)，能夠保持與第二位移件緊密貼合，保證本申請(qǐng)精密位移裝置的精度，進(jìn)而保證本申請(qǐng)激光干涉儀的測(cè)量精度。
[0028]作為本申請(qǐng)的優(yōu)選方案，所述第二位移件與所述測(cè)量反射鏡為一體式結(jié)構(gòu)。
[0029]在上述方案中，第二位移件與測(cè)量反射鏡為一體式結(jié)構(gòu)，也就是說(shuō)，直接在第二位移件上設(shè)置一反射面，使其本身形成測(cè)量反射鏡，如此，簡(jiǎn)化了本申請(qǐng)激光干涉儀的結(jié)構(gòu)，方便調(diào)試和使用。
[0030]雖然目前，也存在測(cè)量空氣折射率的裝置，對(duì)單點(diǎn)位置的大氣溫度、濕度以及氣壓進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)波長(zhǎng)補(bǔ)償公式對(duì)激光波長(zhǎng)進(jìn)行修正，但是其只能夠?qū)植靠諝膺M(jìn)行檢測(cè)，而在本申請(qǐng)的位移測(cè)量領(lǐng)域中，由于其位移是在一個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，該區(qū)域內(nèi)各個(gè)位置的空氣各參數(shù)都存在有差異，特別是存在較大溫度梯度、濕度梯度以及氣壓梯度等情況，以單點(diǎn)參數(shù)修正激光波長(zhǎng)將存在較大誤差。
[0031 ]所以，基于上述原因，在本申請(qǐng)中，在測(cè)量過(guò)程中，檢測(cè)當(dāng)前測(cè)量環(huán)境下，激光的環(huán)境等效波長(zhǎng)λ’，而該λ’值為當(dāng)前測(cè)量環(huán)境的等效波長(zhǎng)，所以直接避免了不同區(qū)域空氣折射率不同而帶來(lái)的問(wèn)題，如此，減小環(huán)境因素帶來(lái)的誤差，進(jìn)而進(jìn)一步的提高了本申請(qǐng)激光干涉儀及其測(cè)量方法的測(cè)量精度。
[0032]本申請(qǐng)還公開了一種用于上述波長(zhǎng)修正式多光束階梯平面反射鏡激光干涉儀的測(cè)量方法，其包括有下述步驟:
[0033]步驟一:安裝波長(zhǎng)修正式多光束階梯平面反射鏡激光干涉儀；
[0034]步驟二:將測(cè)量反射鏡裝置設(shè)置在被測(cè)物體上；
[0035]步驟三:調(diào)試波長(zhǎng)修正式多光束階梯平面反射鏡激光干涉儀，使形成符合要求的光路，并且使每一個(gè)條干涉光路都處于干涉狀態(tài)；
[0036]步驟四:開始測(cè)量工作前，啟動(dòng)精密位移裝置，使測(cè)量反射鏡產(chǎn)生位移，所述測(cè)量反射鏡的位移方向與被測(cè)物體的位移方向在同一直線上，當(dāng)光電探測(cè)器組中有任意一個(gè)檢測(cè)到最強(qiáng)相長(zhǎng)干涉時(shí)，停止精密位移裝置，并將光電探測(cè)器組計(jì)數(shù)清零；
[0037]步驟五:開始測(cè)量工作，被測(cè)物體開始移動(dòng)，光電探測(cè)器組中所有光電探測(cè)器記錄對(duì)應(yīng)干涉光路的最強(qiáng)相長(zhǎng)干涉的總次數(shù)N;
[0038]步驟六:被測(cè)物體位移結(jié)束，處于靜止?fàn)顟B(tài)，再次啟動(dòng)精密位移裝置，使測(cè)量反射鏡產(chǎn)生位移，所述測(cè)量反射鏡的位移方向與被測(cè)物體的位移方向在同一直線上，當(dāng)光電探測(cè)器組中任意一個(gè)光電探測(cè)器再次檢測(cè)到最強(qiáng)相長(zhǎng)干涉時(shí)，停止所述精密位移裝置，使測(cè)量反射鏡停止；
[0039]步驟七:讀取精密位移裝置為所述測(cè)量反射鏡提供的位移值A(chǔ)L;
[0040]步驟八:記錄測(cè)量過(guò)程中光電探測(cè)器組記錄的最強(qiáng)相長(zhǎng)干涉總次數(shù)N和測(cè)量反射鏡位移值A(chǔ)L。
[0041]步驟九:再次啟動(dòng)精密位移裝置，移動(dòng)測(cè)量反射鏡，使光電探測(cè)器組記錄最強(qiáng)相長(zhǎng)干涉的總次數(shù)M(M為正整數(shù))，并讀取M次最強(qiáng)相長(zhǎng)干涉對(duì)應(yīng)的測(cè)量反射鏡位移值Z。根據(jù)Z =ΜΧλ’/(2η)，得出當(dāng)前測(cè)量環(huán)境下，激光的等效波長(zhǎng)λ’=2ηΖ/Μ。
[0042]步驟十:計(jì)算被測(cè)物體的位移值。
[0043]若位移AL與被測(cè)物體的位移方向相同，則，被測(cè)物體實(shí)際產(chǎn)生的位移值L= NXλ7(2η) + (λ’/(2η)-Λυ，其中Λ?<λ’/(2η)，式中λ’為激光等效波長(zhǎng)；
[0044]若位移AL與被測(cè)物體的位移方向相反，則，被測(cè)物體實(shí)際產(chǎn)生的位移值L= NXA’/(2n)+AL，其中Λ?<λ’/(2η)，式中λ’為激光等效波長(zhǎng)。
[0045]本申請(qǐng)的測(cè)量方法，由于將測(cè)量反射鏡位移值A(chǔ)L補(bǔ)充入被測(cè)物體的位移值中，直接提高了被測(cè)物體位移的測(cè)量精度。同時(shí)，通過(guò)檢測(cè)測(cè)量環(huán)境中的等效波長(zhǎng)λ’，即對(duì)激光的波長(zhǎng)進(jìn)行修正，如此減小環(huán)境因素帶來(lái)的誤差，進(jìn)而進(jìn)一步的提高了本申請(qǐng)激光干涉儀及其測(cè)量方法的測(cè)量精度。
[0046]作為本申請(qǐng)的優(yōu)選方案，所述步驟四至步驟九中，所述最強(qiáng)相長(zhǎng)干涉還可以是最弱相消干涉。在本方案中，在進(jìn)行測(cè)量過(guò)程中，光電探測(cè)器組是記錄對(duì)應(yīng)各激光干涉光路的最弱相消干涉的總次數(shù)，如此依然可以得到一個(gè)精度較高的被測(cè)物體的位移值L。
[0047]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果:
[0048](I)該高精度階梯平面反射激光干涉儀的激光源發(fā)射的激光束數(shù)量、階梯型反射平面數(shù)量和光電探測(cè)器件的數(shù)量均為η(η>2)，且一一對(duì)應(yīng)，由于激光源發(fā)射的各束激光通過(guò)固定反射鏡的階梯面上不同平面反射后的光路的光程不同，同時(shí)激光源發(fā)射的每束激光分成兩路后到達(dá)對(duì)應(yīng)的光電探測(cè)器件后的光程差值均不相同，各個(gè)光電探測(cè)器件能夠探測(cè)到對(duì)應(yīng)的兩路激光是否能夠發(fā)生干涉現(xiàn)象，該干涉現(xiàn)象的產(chǎn)生不僅和激光的波長(zhǎng)有關(guān)，還和階梯面的平面高度差值有關(guān)系，由于該階梯面的相鄰兩個(gè)平面高度差值等于A/2n+U/2，因此，只要測(cè)量反射鏡進(jìn)行移動(dòng)λ/2η的距離或整數(shù)倍于λ/2η的距離，該光電探測(cè)器組上的光電探測(cè)器件只能其中一個(gè)能夠檢測(cè)出其處于最強(qiáng)激光干涉狀態(tài)，故該激光干涉儀的檢測(cè)精度為λ/2η;相對(duì)于現(xiàn)有的激光干涉儀只能檢測(cè)精度為激光波長(zhǎng)λ而言，其測(cè)量精度得到了顯著的提高。同時(shí)由于采用多光路干涉測(cè)量，測(cè)量過(guò)程中，各光電探測(cè)器探測(cè)到的直流電平應(yīng)該交替變化，如果某一光路的測(cè)量環(huán)境的變化造成光電探測(cè)器測(cè)量的直流電平發(fā)生偏移，而其它測(cè)量光路的光電探測(cè)器探測(cè)到的直流電平?jīng)]有發(fā)生交替變化，此時(shí)認(rèn)為該測(cè)量光路是受到測(cè)量環(huán)境的影響，忽略其電平變化。如果多條光路的測(cè)量環(huán)境的變化造成多個(gè)光電探測(cè)器測(cè)量的直流電平發(fā)生偏移，則認(rèn)為測(cè)量環(huán)境發(fā)生變化，忽略其電平變化。僅僅對(duì)于測(cè)量過(guò)程中嚴(yán)格滿足多光路干涉狀態(tài)交替變化的情況才對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)，即多光路干涉測(cè)量中引入交流信號(hào)，將傳統(tǒng)的激光干涉測(cè)量中直流電平的測(cè)量轉(zhuǎn)換為交流信號(hào)的測(cè)量，提高了干涉儀的抗干擾能力。
[0049](2)在測(cè)量過(guò)程中檢測(cè)測(cè)量環(huán)境中激光的等效波長(zhǎng)λ，，對(duì)激光波長(zhǎng)進(jìn)行修正，如此，減小環(huán)境因素帶來(lái)的誤差，進(jìn)而進(jìn)一步的提高了本申請(qǐng)激光干涉儀的測(cè)量精度。
【附圖說(shuō)明】
:
[0050]圖1為本發(fā)明波長(zhǎng)修正式多光束階梯平面反射鏡激光干涉儀使用時(shí)的激光光路示意圖；
[0051]圖2為圖1中激光源的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0052]圖3為圖1中固定反射鏡的階梯型反射平面的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0053]圖4為測(cè)量反射鏡與第二位移件一體式結(jié)構(gòu)圖
[0054]圖中標(biāo)記:
[0055]1、激光源，11、激光束一，12、激光束二，13、激光束三，14、激光束四，2、分光鏡，3、固定反射鏡，31、反射平面一，32、反射平面二，33、反射平面三，34、反射平面四，35、反射鏡本體，36、反射薄片，4、測(cè)量反射鏡，5、光電探測(cè)器組，51、光電探測(cè)器件一，52、光電探測(cè)器件二，53、光電探測(cè)器件三，54、光電探測(cè)器件四，6、精密位移裝置，7、測(cè)量反射鏡，8、支持平臺(tái)，9、驅(qū)動(dòng)裝置，10、約束裝置，11、磁性件，12、被測(cè)物體，13、第一位移件，14、第二位移件，15、斜面。
【具體實(shí)施方式】
[0056]下面結(jié)合試驗(yàn)例及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明上述主題的范圍僅限于以下的實(shí)施例，凡基于本
【發(fā)明內(nèi)容】
所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均屬于本發(fā)明的范圍。
[0057]如圖1所示，一種波長(zhǎng)修正式多光束階梯平面反射鏡激光干涉儀，包括激光源1、分光鏡2、固定反射鏡3、測(cè)量反射鏡裝置4、光電探測(cè)器組5，所述測(cè)量反射鏡組4包括測(cè)量反射鏡7與精密位移裝置6，測(cè)量反射鏡7包括成直角的兩個(gè)反射平面，所述測(cè)量反射鏡7設(shè)置在所述精密位移裝置6上，所述精密位移裝置6設(shè)置在被測(cè)物體12上，所述精密位移裝置6為所述測(cè)量反射鏡7提供與被測(cè)物體12位移同向或反向的位移；
[0058]所述激光源I包括η個(gè)平行激光束，η多2，光電探測(cè)器組5也包括η個(gè)光電探測(cè)器件，固定反射鏡3的反射面為η個(gè)階梯型反射平面，相鄰兩個(gè)階梯反射平面的間距h等于A/2n+kλ/2，其中k為自然數(shù)、λ為激光源I發(fā)出的激光波長(zhǎng);激光源I發(fā)出的每束激光束經(jīng)過(guò)分光鏡2反射后，分別垂直射入對(duì)應(yīng)一個(gè)反射薄片36，每個(gè)反射薄片36將每束激光反射到對(duì)應(yīng)的光電探測(cè)器件;激光源I發(fā)出的對(duì)應(yīng)激光束經(jīng)過(guò)分光鏡2透射后，分別垂直入射到測(cè)量反射鏡7后再反射到對(duì)應(yīng)的光電探測(cè)器件。需要說(shuō)明的是，文中的λ為激光源I發(fā)出的激光波長(zhǎng)，激光源I發(fā)出的每束激光波長(zhǎng)均一樣。
[0059]該激光干涉儀的激光源I發(fā)出的激光束數(shù)量、階梯面平面數(shù)量和光電探測(cè)器組5的光電探測(cè)器件數(shù)量均為n(n多2)，且為一一對(duì)應(yīng)，即激光源I發(fā)射的每束激光均分為兩路，一路激光通過(guò)分光鏡2反射到固定反射鏡3的階梯面的其中一個(gè)平面后，反射回分光鏡2再入射到光電探測(cè)器組5上的其中一個(gè)光電探測(cè)器件，另一路激光直接在分光鏡2內(nèi)透射后垂直入射到測(cè)量反射鏡7后再反射到分光鏡2，分光鏡2再將其反射到同一個(gè)光電探測(cè)器件，該光電探測(cè)器件即能探測(cè)到這兩路光程差在測(cè)量反射鏡7發(fā)生位移過(guò)程中是否產(chǎn)生干涉狀態(tài)，即相長(zhǎng)干涉或相消干涉。由于固定反射鏡3上的階梯面，所以激光源I發(fā)射的各束激光通過(guò)固定反射鏡3的階梯面反射后的光路的光程是不相同的，同時(shí)激光源I發(fā)射的每束激光分成兩路后到達(dá)對(duì)應(yīng)的光電探測(cè)器組5后的光程差值均不相同，能夠發(fā)生干涉現(xiàn)象不僅和激光的波長(zhǎng)有關(guān)，還和階梯面的平面高度差值有關(guān)系，由于該階梯面的相鄰兩個(gè)平面高度差值h等于A/2n+U/2，因此，只要測(cè)量反射鏡7進(jìn)行移動(dòng)λ/2η的距離或整數(shù)倍于λ/2η的距離，該光電探測(cè)器上的光電探測(cè)器組5均有其中一個(gè)能夠檢測(cè)出其處于最強(qiáng)激光干涉狀態(tài)，故該激光干涉儀的檢測(cè)精度則變?yōu)棣?2η，相對(duì)于現(xiàn)有的激光干涉儀只能檢測(cè)精度為激光波長(zhǎng)λ而言，該測(cè)量精度得到了顯著提高，該測(cè)量精度即由固定反射鏡3的階梯面的相鄰兩個(gè)階梯平面的間距(也可稱為高度或厚度)以及激光源I的激光波長(zhǎng)決定。
[0060]該固定反射鏡3包括平面反射鏡本體35以及η-l個(gè)厚度h相同的反射薄片36組合而成，每個(gè)所述反射薄片36的厚度h為λ/2η。該階梯面通過(guò)η-l個(gè)厚度h相同的反射薄片36疊加在平面反射鏡本體35上而成，平面反射鏡本體35為表面為平面的激光干涉儀用普通反射鏡，其中每個(gè)反射薄片36的厚度h均為λ/2η。同時(shí)，該平面反射鏡本體35以及η-l個(gè)厚度h相同的反射薄片36可以為一體成型體，避免分塊的反射薄片36連接在一起產(chǎn)生的相鄰兩個(gè)反射薄片36形成的兩個(gè)階梯平面的高度誤差。
[0061]如圖2所示，所有的激光源I發(fā)出的η個(gè)激光束等距分布，此時(shí)，選擇n= 4，k = 0，激光源I發(fā)出的激光束分別為激光束一 11、激光束二 12、激光束三13、激光束四14，且相鄰兩個(gè)激光束的間距d等于激光波長(zhǎng)的整數(shù)倍。選擇663納米的激光波長(zhǎng)，相鄰激光源I發(fā)出的相鄰激光束的間距d為4毫米。對(duì)應(yīng)的光電探測(cè)器組5接收激光的光電探測(cè)器件也分別為四個(gè)，SP光電探測(cè)器件一 51、光電探測(cè)器件二 52、光電探測(cè)器件三53、光電探測(cè)器件四54。
[0062]此時(shí)，固定反射鏡3上的階梯型反射平面也相應(yīng)選為四個(gè)，即反射平面一31、反射平面二 32、反射平面三33、反射平面四34，如圖3所示，選用四個(gè)反射平面成階梯型平面以便于加工和降低成本。該光程路線為激光束一11發(fā)出的激光在分光鏡2分成兩路，一路被分光鏡2反射后入射到固定反射鏡3，被反射平面一 31反射到分光鏡2后再透射并入射到光電探測(cè)器件一 51，該激光的另一路則直接在分光鏡2透射后入射到測(cè)量反射鏡7，被反射到分光鏡2后，分光鏡2再次將該激光反射至光電探測(cè)器件一51。以此類推，其他的激光束二 12、激光束三13、激光束四14分別被反射平面二 32、反射平面三33、反射平面四34反射，并分別被光電探測(cè)器件二52、光電探測(cè)器件三53、光電探測(cè)器件四54接收。根據(jù)計(jì)算，由于采用了四個(gè)階梯型反射平面，相鄰兩個(gè)反射平面的高度差為λ/8，因此通過(guò)激光束一 11、激光束二 12、激光束三13、激光束四14所發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)固定反射鏡3反射后的光程差值分別為?1λ、&2λ-λ/4、?3λ-λ/ 2、a^-3A/4，其中 a1、a2、a3、a4 為自然數(shù)。
[0063]當(dāng)激光束一11正處于最強(qiáng)干涉狀態(tài)時(shí)，即激光束一 11發(fā)出的激光分成兩路后的光程差值為&4，通過(guò)光電探測(cè)器件一 51可以測(cè)量出激光處于最強(qiáng)干涉狀態(tài)，此時(shí)激光束二 12所對(duì)干涉光路、激光束三13所對(duì)干涉光路以及激光束四14所對(duì)干涉光路的兩路光程差值分別為:a2X-A/4、a3X-A/2、a4X-3A/4，二者光路此時(shí)均處于非最強(qiáng)干涉狀態(tài)。
[0064]當(dāng)測(cè)量反射鏡7移動(dòng)λ/8，使激光源一11分成的兩路激光光程差值增加λ/4時(shí)，其他激光源的激光光程差也相應(yīng)增加λ/4，此時(shí)，激光束一 11發(fā)出的激光分成兩路的光程差值為&1λ+λ/4，處于非最強(qiáng)干涉狀態(tài)，而激光束二 12發(fā)出的激光分成兩路的光程差值則變?yōu)閍2X，因此光電探測(cè)器件二 52能夠檢測(cè)到干涉光路處于最強(qiáng)干涉狀態(tài)，激光束三13和激光束四14的激光也處于非最強(qiáng)干涉狀態(tài)。當(dāng)測(cè)量反射鏡7移動(dòng)λ/4時(shí)，激光束三13所對(duì)干涉光路將處于最強(qiáng)干涉狀態(tài)，通過(guò)光電探測(cè)器件三53可以測(cè)量出激光最強(qiáng)干涉狀態(tài)。
[0065]類似的，當(dāng)測(cè)量反射鏡7移動(dòng)3λ/8時(shí)，使激光束一11分成的兩路激光光程差值增加3λ/4時(shí)，其他激光束的激光光程差也相應(yīng)增加3λ/4，此時(shí)激光束四14發(fā)出的激光分成兩路的光程差值則變?yōu)閍4A，其激光分成的兩路光路將處于相長(zhǎng)干涉狀態(tài)，通過(guò)光電探測(cè)器件四54可以測(cè)量出激光干涉狀態(tài)。
[0066]再次，當(dāng)測(cè)量反射鏡7移動(dòng)λ/2時(shí)，使激光束一11分成的兩路激光光程差值增加λ時(shí)，其他激光束的激光光程差也相應(yīng)增加λ，激光束一11所對(duì)干涉光路又將處于最強(qiáng)干涉狀態(tài)，通過(guò)光電探測(cè)器件一 11可以測(cè)量出激光最強(qiáng)干涉狀態(tài)。因此，對(duì)于四階梯平面激光反射結(jié)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的激光干涉儀所對(duì)應(yīng)的測(cè)量精度就為λ/8，即測(cè)量反射鏡7位移等于或大于λ/8，相應(yīng)的光電探測(cè)器組5即能夠觀測(cè)出激光源I發(fā)射的四束激光的光路的干涉狀態(tài)明顯變化。
[0067]因此，增加固定反射鏡3的階梯反射平面數(shù)量可以提高測(cè)量精度，當(dāng)采用8階梯反射平面的激光反射鏡結(jié)構(gòu)，所對(duì)應(yīng)的激光干涉儀所對(duì)應(yīng)的測(cè)量精度則為λ/16，當(dāng)采用η階梯反射平面的固定反射鏡3結(jié)構(gòu)時(shí)，該激光干涉儀的測(cè)量精度就相應(yīng)變?yōu)棣?2η。
[0068]由于采用多光路干涉測(cè)量，測(cè)量過(guò)程中，各光電探測(cè)器探測(cè)到的直流電平應(yīng)該交替變化，如果某一光路的測(cè)量環(huán)境的變化造成光電探測(cè)器測(cè)量的直流電平發(fā)生偏移，而其它測(cè)量光路的光電探測(cè)器探測(cè)到的直流電平?jīng)]有發(fā)生交替變化，此時(shí)認(rèn)為該測(cè)量光路是受到測(cè)量環(huán)境的影響，忽略其電平變化。如果多條光路的測(cè)量環(huán)境的變化造成多個(gè)光電探測(cè)器測(cè)量的直流電平發(fā)生偏移，則認(rèn)為測(cè)量環(huán)境發(fā)生變化，忽略其電平變化。僅僅對(duì)于測(cè)量過(guò)程中嚴(yán)格滿足多光路干涉狀態(tài)交替變化的情況才對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)，即多光路干涉測(cè)量中引入交流信號(hào)，將傳統(tǒng)的激光干涉測(cè)量中直流電平的測(cè)量轉(zhuǎn)換為交流信號(hào)的測(cè)量，提高了干涉儀的抗干擾能力。
[0069]本實(shí)施例中，由于將測(cè)量反射鏡7設(shè)置在精密位移裝置6上，而精密位移裝置6設(shè)置在被測(cè)物體12上，當(dāng)被測(cè)物體12發(fā)生位移時(shí)，被測(cè)物體12帶動(dòng)精密位移裝置6，進(jìn)而帶動(dòng)測(cè)量反射鏡7，如此，當(dāng)被測(cè)物體12發(fā)生位移時(shí)，在位移過(guò)程中，本發(fā)明所述激光干涉儀對(duì)應(yīng)的各激光干涉光路的干涉狀態(tài)也隨之變化，開始測(cè)量工作前，啟動(dòng)精密位移裝置6，使測(cè)量反射鏡7產(chǎn)生位移，所述測(cè)量反射鏡7的位移方向與被測(cè)物體12的位移方向在同一直線上，當(dāng)光電探測(cè)器組5中任意一個(gè)光電探測(cè)器檢測(cè)到最強(qiáng)相長(zhǎng)干涉時(shí)，停止精密位移裝置6，并將光電探測(cè)器組5中所有光電探測(cè)器計(jì)數(shù)清零，然后再開始測(cè)量被測(cè)物體12的位移，對(duì)應(yīng)的各激光干涉光路的干涉狀態(tài)變化過(guò)程中，光電探測(cè)器組5各光電探測(cè)器記錄最強(qiáng)相長(zhǎng)干涉的總次數(shù)N，當(dāng)被測(cè)物體12移動(dòng)結(jié)束，處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，光電探測(cè)器組5停止計(jì)數(shù);此時(shí)，通過(guò)精密位移裝置6使測(cè)量反射鏡7在被測(cè)物體12的位移方向上移動(dòng)，并觀測(cè)光電探測(cè)器組5，當(dāng)光電探測(cè)器組5中任意一個(gè)光電探測(cè)器檢測(cè)到最強(qiáng)相長(zhǎng)干涉時(shí)，停止精密位移裝置6，并讀取精密位移裝置6為測(cè)量反射鏡7提供的位移值A(chǔ)L。
[0070 ]若位移AL與被測(cè)物體12的位移方向相同，則，被測(cè)物體12實(shí)際產(chǎn)生的位移值L = NΧλ/(2η) + (λ/(2η)-Λυ，其中Λ?<λ/(2η)，式中λ為激光波長(zhǎng)；
[0071]而，若位移AL與被測(cè)物體12的位移方向相反，則，被測(cè)物體12實(shí)際產(chǎn)生的位移值L= ΝΧλ/(2η)+Λ?，其中Λ?<λ/(2η)，式中λ為激光波長(zhǎng)。
[0072]如此，通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，將被測(cè)物體12實(shí)際位移中超出激光波長(zhǎng)λ/(2η)的部分AL也測(cè)量出來(lái)并補(bǔ)充到位移檢測(cè)結(jié)果中，進(jìn)而使得本申請(qǐng)的激光干涉儀所測(cè)量得到的位移結(jié)果更加精確，其精度高于半個(gè)激光波長(zhǎng)，具體取決于精密位移裝置6所能提供的位移精度。
[0073]實(shí)施例2，
[0074]如圖1、4所示，如實(shí)施例1所述的激光干涉儀，所述精密位移裝置6包括支撐平臺(tái)8和設(shè)置在所述支撐平臺(tái)8上的驅(qū)動(dòng)裝置9，所述支撐平臺(tái)8與所述被測(cè)物體12相配合，所述驅(qū)動(dòng)裝置9為所述測(cè)量反射鏡7提供在被測(cè)物體12位移方向上的位移，所述驅(qū)動(dòng)裝置9為壓電陶瓷型驅(qū)動(dòng)裝置。
[0075]在本實(shí)施例中，采用的壓電陶瓷型驅(qū)動(dòng)裝置9為能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料，其在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的形變量很小，最多不超過(guò)本身尺寸的千萬(wàn)分之一的微小位移，具有良好的往復(fù)形變恢復(fù)能力，穩(wěn)定性好、精度尚，進(jìn)一步提尚了本實(shí)施例中精密位移裝置6的精度。
[0076]實(shí)施例3，
[0077]如圖1、4所示，如實(shí)施例2所述的激光干涉儀，所述精密位移裝置6還包括設(shè)置在所述支撐平臺(tái)8上的第一位移件13和設(shè)置在所述第一位移件13上的第二位移件14，所述驅(qū)動(dòng)裝置9與所述第一位移件13相配合，為所述第一位移件13提供沿所述支撐平臺(tái)8的位移，所述第一位移件13具有一相對(duì)于其位移方向傾斜的斜面15，所述第二位移件14滑動(dòng)設(shè)置在所述第一位移件13的斜面15上，使所述第二位移件14可沿所述第一位移件13的斜面15滑動(dòng)，所述第一位移件13與第二位移件14之間貼緊配合，所述測(cè)量反射鏡7設(shè)置在所述第二位移件14上，所述支撐平臺(tái)8上還設(shè)置有約束裝置10，所述約束裝置10限制所述第二位移件14沿所述第一位移件13位移方向上的運(yùn)動(dòng)，使得當(dāng)?shù)谝晃灰萍?3被所述驅(qū)動(dòng)裝置9帶動(dòng)而產(chǎn)生位移時(shí)，所述第二位移件14被所述第一位移件13帶動(dòng)而產(chǎn)生位移，并且，所述第二位移件14的位移方向與所述第一位移件13的位移方向相垂直，所述第一位移件13的斜面15與其位移方向的夾角為A度，優(yōu)選0〈Α〈45。
[0078]在實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)裝置9與第一位移件13相配合，為第一位移件13提供沿支撐平臺(tái)8的位移，第一位移件13具有一相對(duì)于其位移方向傾斜的斜面15，第二位移件14滑動(dòng)設(shè)置在第一位移件13的斜面15上，使第二位移件14可沿第一位移件13的斜面15滑動(dòng)，在精密位移裝置6工作時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置9提供一定的位移量推動(dòng)第一位移件13，此時(shí)，由于約束裝置10限制第二位移件14沿第一位移件13位移方向上的運(yùn)動(dòng)，使第二位移件14的位移方向與第一位移件13的位移方向相垂直，如此，第二位移件14的位移量與驅(qū)動(dòng)裝置9為第一位移件13提供的位移量相關(guān)，還與第一位移件13的斜面15與其位移方向的夾角相關(guān)。
[0079]S卩，設(shè)第一位移件13的斜面15與其位移方向的夾角為A度，當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置9提供的位移量為X時(shí)，第二位移件14在垂直于驅(qū)動(dòng)裝置9運(yùn)動(dòng)方向上產(chǎn)生的位移量即為Y = Xtan(A)。優(yōu)選地是，當(dāng)夾角A小于45度時(shí)，將得到一個(gè)小于X值的位移量，當(dāng)進(jìn)一步的減小夾角A時(shí)，位移量Y也隨之減小，如此，使得在本實(shí)施例中，精密位移裝置6通過(guò)以行程換精度的方式，直接提高了本實(shí)施例精密位移裝置6的精度，也就進(jìn)一步的提高了本實(shí)施例激光干涉儀的測(cè)量精度。
[0080]實(shí)施例4，
[0081]如圖4所示，如實(shí)施例3所述的激光干涉儀，所述第一位移件13與所述支撐平臺(tái)8之間還設(shè)置有具有磁性的磁性件U，所述第二位移件14具有磁性，所述第二位移件14與所述磁性件11為異性相吸狀態(tài)，所述第二位移件14與所述測(cè)量反射鏡7為一體式結(jié)構(gòu)。使得第一位移件13在被推動(dòng)時(shí)，測(cè)量反射鏡7能夠保持與第二位移件14緊密貼合，保證本申請(qǐng)精密位移裝置6的精度，進(jìn)而保證本申請(qǐng)激光干涉儀的測(cè)量精度，第二位移件14與測(cè)量反射鏡7為一體式結(jié)構(gòu)，也就是說(shuō)，直接在第二位移件14上設(shè)置一反射面，使其本身形成測(cè)量反射鏡7，如此，簡(jiǎn)化了本實(shí)施例激光干涉儀的結(jié)構(gòu)，方便調(diào)試和使用。
[0082]實(shí)施例5，
[0083]如圖1、4所示，一種用于上述波長(zhǎng)修正式多光束階梯平面反射鏡激光干涉儀的測(cè)量方法，其包括有下述步驟:
[0084]步驟一:安裝波長(zhǎng)修正式多光束階梯平面反射鏡激光干涉儀；
[0085]步驟二:將測(cè)量反射鏡裝置4設(shè)置在被測(cè)物體12上；
[0086]步驟三:調(diào)試波長(zhǎng)修正式多光束階梯平面反射鏡激光干涉儀，使形成符合要求的光路，并且使每一個(gè)條干涉光路都處于干涉狀態(tài)；
[0087]步驟四:開始測(cè)量工作前，啟動(dòng)精密位移裝置6，使測(cè)量反射鏡7產(chǎn)生位移，所述測(cè)量反射鏡7的位移方向與被測(cè)物體12的位移方向在同一直線上，當(dāng)光電探測(cè)器組5中有任意一個(gè)檢測(cè)到最強(qiáng)相長(zhǎng)干涉時(shí)，停止精密位移裝置6，并將光電探測(cè)器組5計(jì)數(shù)清零；
[0088]步驟五:開始測(cè)量工作，被測(cè)物體12開始移動(dòng)，光電探測(cè)器組5中所有光電探測(cè)器記錄對(duì)應(yīng)干涉光路的最強(qiáng)相長(zhǎng)干涉的總次數(shù)N;
[0089]步驟六:被測(cè)物體12位移結(jié)束，處于靜止?fàn)顟B(tài)，再次啟動(dòng)精密位移裝置6，使測(cè)量反射鏡7產(chǎn)生位移，所述測(cè)量反射鏡7的位移方向與被測(cè)物體12的位移方向在同一直線上，當(dāng)光電探測(cè)器組5中任意一個(gè)光電探測(cè)器再次檢測(cè)到最強(qiáng)相長(zhǎng)干涉時(shí)，停止所述精密位移裝置6，使測(cè)量反射鏡7停止；
[0090]步驟七:讀取精密位移裝置6為所述測(cè)量反射鏡7提供的位移值A(chǔ)L;
[0091]步驟八:記錄測(cè)量過(guò)程中光電探測(cè)器組記錄的最強(qiáng)相長(zhǎng)干涉總次數(shù)N和測(cè)量反射鏡位移值A(chǔ)L。
[0092]步驟九:再次啟動(dòng)精密位移裝置6，移動(dòng)測(cè)量反射鏡7，使光電探測(cè)器組5記錄最強(qiáng)相長(zhǎng)干涉的總次數(shù)M(M為正整數(shù))，并讀取M次最強(qiáng)相長(zhǎng)干涉對(duì)應(yīng)的測(cè)量反射鏡7位移值Z。根據(jù)Ζ=ΜΧλ’/(2η)，得出當(dāng)前測(cè)量環(huán)境下，激光的等效波長(zhǎng)λ’=2ηΖ/Μ。
[0093]步驟十:計(jì)算被測(cè)物體12的位移值。
[0094]若位移AL與被測(cè)物體12的位移方向相同，則，被測(cè)物體12實(shí)際產(chǎn)生的位移值L= NΧλ7(2η) + (λ’/(2η)-Λυ，其中 Λ?<λ’/(2η)，式中 λ’為激光等效波長(zhǎng)；
[0095 ]若位移AL與被測(cè)物體12的位移方向相反，則，被測(cè)物體12實(shí)際產(chǎn)生的位移值L = NXA’/(2n)+AL，其中Λ?<λ’/(2η)，式中λ’為激光等效波長(zhǎng)。
[0096]本申請(qǐng)的測(cè)量方法，由于將測(cè)量反射鏡7位移值A(chǔ)L補(bǔ)充入被測(cè)物體12的位移值中，直接提高了被測(cè)物體12位移的測(cè)量精度。同時(shí)，通過(guò)檢測(cè)測(cè)量環(huán)境中的等效波長(zhǎng)λ’，gp對(duì)激光的波長(zhǎng)進(jìn)行修正，如此減小環(huán)境因素帶來(lái)的誤差，進(jìn)而進(jìn)一步的提高了本申請(qǐng)激光干涉儀的測(cè)量精度。
[0097]實(shí)施例6，
[0098]如圖1、4所示，如實(shí)施例5所述的測(cè)量方法，所述步驟四至步驟九中，所述最強(qiáng)相長(zhǎng)干涉還可以是最弱相消干涉。在本方案中，在進(jìn)行測(cè)量過(guò)程中，光電探測(cè)器組5是記錄各激光干涉光路最弱相消干涉的次數(shù)，如此依然可以得到一個(gè)精度較高的被測(cè)物體12的位移值L0
[0099]以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明而并非限制本發(fā)明所描述的技術(shù)方案，盡管本說(shuō)明書參照上述的各個(gè)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明已進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但本發(fā)明不局限于上述【具體實(shí)施方式】，因此任何對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或等同替換;而一切不脫離發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種波長(zhǎng)修正式多光束階梯平面反射鏡激光干涉儀，包括激光源(I)、分光鏡(2)、固定反射鏡(3)、測(cè)量反射鏡裝置(4)、光電探測(cè)器組(5)，其特征在于，所述測(cè)量反射鏡裝置(4)包括測(cè)量反射鏡(7)與精密位移裝置(6)，所述測(cè)量反射鏡(7)設(shè)置在所述精密位移裝置(6)上，所述精密位移裝置(6)設(shè)置在被測(cè)物體上，所述精密位移裝置(6)為所述測(cè)量反射鏡(7)提供與被測(cè)物體位移同向或反向的位移，所述激光源(I)包括η個(gè)平行激光束，其中η多2，所述光電探測(cè)器組(5)包括η個(gè)光電探測(cè)器件，所述固定反射鏡(3)的反射面為η個(gè)成階梯型的反射平面，相鄰兩個(gè)反射平面的間距等于A/2n+U/2，其中k為自然數(shù)、λ為激光源(I)發(fā)出的激光波長(zhǎng);每個(gè)所述激光源(I)發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)所述分光鏡(2)反射后，垂直射入對(duì)應(yīng)一個(gè)反射平面，每個(gè)所述反射平面將對(duì)應(yīng)激光束反射到對(duì)應(yīng)的所述光電探測(cè)器組(5)的各個(gè)光電探測(cè)器件;所述激光源(I)發(fā)出的每束激光經(jīng)過(guò)所述分光鏡(2)透射后，分別垂直入射到所述測(cè)量反射鏡(4)后反射到對(duì)應(yīng)的光電探測(cè)器組(5)的各個(gè)光電探測(cè)器件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種波長(zhǎng)修正式多光束階梯平面反射鏡激光干涉儀，其特征在于，所述精密位移裝置包括支撐平臺(tái)和設(shè)置在所述支撐平臺(tái)上的驅(qū)動(dòng)裝置，所述支撐平臺(tái)與所述被測(cè)物體相配合，所述驅(qū)動(dòng)裝置為所述測(cè)量反射鏡提供在被測(cè)物體位移方向上的位移。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種波長(zhǎng)修正式多光束階梯平面反射鏡激光干涉儀，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)裝置為壓電陶瓷型驅(qū)動(dòng)裝置。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種波長(zhǎng)修正式多光束階梯平面反射鏡激光干涉儀，其特征在于，還包括設(shè)置在所述支撐平臺(tái)上的第一位移件和設(shè)置在所述第一位移件上的第二位移件，所述驅(qū)動(dòng)裝置與所述第一位移件相配合，為所述第一位移件提供沿所述支撐平臺(tái)的位移，所述第一位移件具有一相對(duì)于其位移方向傾斜的斜面，所述第二位移件滑動(dòng)設(shè)置在所述第一位移件的斜面上，使所述第二位移件可沿所述第一位移件的斜面滑動(dòng)，所述第一位移件與第二位移件之間貼緊配合，所述測(cè)量反射鏡設(shè)置在所述第二位移件上，所述支撐平臺(tái)上還設(shè)置有約束裝置，所述約束裝置限制所述第二位移件沿所述第一位移件位移方向上的運(yùn)動(dòng)，使得當(dāng)?shù)谝晃灰萍凰鲵?qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)而產(chǎn)生位移時(shí)，所述第二位移件被所述第一位移件帶動(dòng)而產(chǎn)生位移，并且，所述第二位移件的位移方向與所述第一位移件的位移方向相垂直，所述第一位移件的斜面與其位移方向的夾角為A度，0〈Α〈45。5.如權(quán)利要求4所述的波長(zhǎng)修正式多光束階梯平面反射鏡激光干涉儀，其特征在于，所述第一位移件與所述支撐平臺(tái)之間還設(shè)置有具有磁性的磁性件，所述第二位移件具有磁性，所述第二位移件與所述磁性件為異性相吸狀態(tài)。6.如權(quán)利要求4所述的波長(zhǎng)修正式多光束階梯平面反射鏡激光干涉儀，其特征在于，所述第二位移件與所述測(cè)量反射鏡為一體式結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】G01B9/02GK205619875SQ201520966075
【公開日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2015年11月27日
【發(fā)明人】許誠(chéng)昕, 劉俊, 鄧娜, 彭燁, 張白
【申請(qǐng)人】成都信息工程大學(xué)