三光轴补偿及气浴式线位移激光干涉仪校准方法与装置制造方法及图纸

三光轴补偿及气浴式线位移激光干涉仪校准方法与装置属于激光测量技术领域，本发明专利技术将被校准激光干涉仪测量光束穿过三轴中空激光干涉镜组的中间通孔，被校准激光干涉仪测量光束平行置于以正三棱柱侧棱形式分布的三条平行标准测量光束中心位置处；标准测量光束与被校准激光干涉仪测量光束垂直距离很小，三条标准测量光束的空气折射率平均值接近被校准激光干涉仪测量光束的空气折射率值；气浴装置形成的稳定气浴环境使空气温度、湿度和气压近似均匀分布，使三条标准测量光束的空气折射率平均值更加接近被校准激光干涉仪测量光束的空气折射率值；目标反射镜反射面表面形貌造成的测量误差补偿到线位移测量结果中，保证线位移测量值的准确性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】三光轴补偿及气浴式线位移激光干涉仪校准方法与装置属于激光测量
，本专利技术将被校准激光干涉仪测量光束穿过三轴中空激光干涉镜组的中间通孔，被校准激光干涉仪测量光束平行置于以正三棱柱侧棱形式分布的三条平行标准测量光束中心位置处；标准测量光束与被校准激光干涉仪测量光束垂直距离很小，三条标准测量光束的空气折射率平均值接近被校准激光干涉仪测量光束的空气折射率值；气浴装置形成的稳定气浴环境使空气温度、湿度和气压近似均匀分布，使三条标准测量光束的空气折射率平均值更加接近被校准激光干涉仪测量光束的空气折射率值；目标反射镜反射面表面形貌造成的测量误差补偿到线位移测量结果中，保证线位移测量值的准确性。【专利说明】三光轴补偿及气浴式线位移激光干涉仪校准方法与装置
本专利技术属于激光测量
，主要涉及一种激光干涉仪校准方法与装置。
技术介绍
激光干涉测量线位移技术是精度很高的标准测量技术，广泛应用于精密和超精密机械加工、微电子装备、纳米技术工业装备和国防装备等领域，为了保证激光干涉仪测量线位移的准确性，需要科学有效的线位移激光干涉仪校准方法与装置。校准线位移激光干涉仪一般思路是采用精度等级更高的线位移激光干涉仪来校准，当两者的精度相近时，即称为比对。在实际校准工作中，线位移激光干涉仪大多具有相当的精度，因而对线位移激光干涉仪的校准是通过比对实现的。目前，线位移激光干涉仪的一般校准方法有并行式，面对面式和共光路式(廖澄清，朱小平，王蔚晨，杜华.激光干涉仪测长精度校准方法的研究.现代测量与实验室管理，2005，1:6-7)。图1是并行式激光干涉仪校准装置结构示意图，标准测量镜和被校准测量镜安装在同一个可动平台上，当运动台移动时，两套激光干涉仪测量光束的光程同时增加与减小。由于两套激光干涉仪并行放置，两路光受环境影响相似，空气折射率对两路光影响较小，但由于两路光之间的垂直距离较大，因此两套激光干涉仪校准时阿贝误差较大。图2是面对面式激光干涉仪校准装置结构示意图，标准测量镜和被校准测量镜面对面的安装在运动台上，其优点是两套激光干涉仪测量光束轴线可调整至几乎同一测量轴线上，两者的阿贝误差很小，缺点是由于一台干涉仪的近端是另一台的远端，两者光程不等，受环境的干扰不同，空气折射率对两套激光干涉仪的光路影响不一致。2011年，中国计量科学研究院建立国内首个80米大长度激光干涉仪测量装置(冷玉国，陶磊，徐健.基于80m测量装置的双频激光干涉仪系统精度及影响因素分析.计量与测试技术，2011，38 (9):47-49)，采用的标准装置是将三个Agilent5530型的长距离双频激光干涉仪并行摆放，成为三路激光干涉仪，被校准的激光干涉仪摆放在它们中间，从而进行校准校准，此方案属于并行式校准方法的衍生方案，并且由于采用三路光同时测量，因此可以补偿测量时的阿贝误差，但由于是三台激光器并行摆放，因此三路标准测量光空间位置较远，被校准激光干涉仪的测量光距离每路标准测量光距离也较远，所有测量光路受环境的影响不同，空气折射率对所有测量光路影响不一致，造成校准测量结果不准确。图3是共光路式激光干涉仪校准装置结构示意图，共光路式与并行式激光干涉仪校准装置不同的是两台激光器和接收器成90度折转方式，两套激光干涉仪共用干涉镜组和测量镜。由于两套激光干涉仪共用一个干涉镜组和测量镜，无法确定共用的干涉镜组和测量镜是属于标准激光干涉仪部件还是属于被校准标准激光干涉仪部件，因此，不是准确意义上两套激光干涉仪的校准进行校准。1985 年，Dr-1ng H.-H.Schussler 充分利用空间分布(Dr-1ng H.-H.Schussler.Comparison and calibration of laser interferometer systems.Measurement，1985，3(4):175-184),将多对线位移激光干涉仪进行共光路校准。由于只是增加共光路激光干涉仪的数量，所以此方法也有上面提到的共光路式激光干涉仪校准装置的缺点。
技术实现思路
针对上述现有线位移激光干涉仪校准装置中较大的阿贝误差、严重的空气折射率不一致性和不是准确意义上两套激光干涉仪进行校准的问题，本专利技术提出和研发了三光轴补偿及气浴式线位移激光干涉仪校准方法与装置，该专利技术使标准测量光束与被校准激光干涉仪测量光束垂直距离很小，从而可以减小阿贝误差、减小空气折射率不一致性的影响，并且是准确意义上两套激光干涉仪进行校准。本专利技术的目的通过以下技术方案实现:一种三光轴补偿及气浴式线位移激光干涉仪校准方法，该方法步骤如下:(I)标准激光干涉仪激光器的输出光经三轴中空激光干涉镜组形成相互平行的三条标准测量光束，三条标准测量光束以正三棱柱侧棱分布形式入射到有中间孔的平面镜上，每条标准测量光束中带有平面镜位移信息的部分光被反射回三轴中空激光干涉镜组后，根据从三轴中空激光干涉镜组中获得的与三条标准测量光束分别对应的三个干涉信号，可以得到有中间孔的平面镜沿标准测量光束方向运动的三个位移值，每条标准测量光束的其余部分光经有中间孔的平面镜透射到三个光束位置探测器上； (2)被校准激光干涉仪激光器的输出光经被校准激光干涉仪干涉镜组形成被校准激光干涉仪测量光束，被校准激光干涉仪测量光束穿过三轴中空激光干涉镜组的中间通孔，与三条标准测量光束平行，并与每条标准测量光束的距离相等，被校准激光干涉仪测量光束入射到被校准激光干涉仪反射镜上，在被反射回被校准激光干涉仪干涉镜组后，根据从被校准激光干涉仪干涉镜组中获得的干涉信号，可以得到被校准激光干涉仪反射镜沿标准测量光束方向运动的位移值；(3)气浴装置沿垂直于三条标准测量光束方向吹送匀速气流，形成稳定的气浴环境，在垂直于三条标准测量光束的平面，由三条标准测量光束在该平面投影点构成的等边三角形区域内，气浴环境使空气温度、湿度和气压近似均匀分布，使三条标准测量光束的空气折射率平均值更加接近被校准激光干涉仪测量光束的空气折射率值；(4)三条标准测量光束和被校准激光干涉仪测量光束在目标反射镜入射面上各自的初始入射位置坐标分别为(Xl，Y1) > (X2, y2)、(X3，y3)和(χ4，y4)，在目标反射镜入射面上每条测量光束的初始入射位置坐标经过二维方向的坐标位移(X，y)后，因目标反射镜反射面形貌特征造成的位移测量值分别为函数Z1 (Xi+X, Yi+y)、Z2 (x2+x, y2+y)、z3(x3+x, y3+y)和Z4 (x4+x, y4+y)；(5)运动台沿标准测量光束方向往复运动过程中伴有在垂直于标准测量光束平面内任意二维方向的衍生位移，以匀速或非匀速采样速率，同步采样标准激光干涉仪三个测量位移值和被校准激光干涉仪测量位移值，分别为S1、S2、S3和S4,三个光束位置探测器同步探测到三条标准测量光束光斑在目标反射镜入射面上二维方向的衍生坐标位移值，求取三个坐标位移值的算术平均值(X’，y’ )作为每条测量光束的衍生坐标位移值，将目标反射镜反射面形貌特征造成的位移测量误差补偿到测量位移值中，得到S1-Z1 (Xl+X’，yi+y’ )、S2-Z2 (x2+x，, y2+y，)、S3-Z3 (x3+x，, y3+y，)和 S4_z本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三光轴补偿及气浴式线位移激光干涉仪校准方法，其特征在于该方法步骤如下：(1)标准激光干涉仪激光器的输出光经三轴中空激光干涉镜组形成相互平行的三条标准测量光束，三条标准测量光束以正三棱柱侧棱分布形式入射到有中间孔的平面镜上，每条标准测量光束中带有平面镜位移信息的部分光被反射回三轴中空激光干涉镜组后，根据从三轴中空激光干涉镜组中获得的与三条标准测量光束分别对应的三个干涉信号，可以得到有中间孔的平面镜沿标准测量光束方向运动的三个位移值，每条标准测量光束的其余部分光经有中间孔的平面镜透射到三个光束位置探测器上；(2)被校准激光干涉仪激光器的输出光经被校准激光干涉仪干涉镜组形成被校准激光干涉仪测量光束，被校准激光干涉仪测量光束穿过三轴中空激光干涉镜组的中间通孔，与三条标准测量光束平行，并与每条标准测量光束的距离相等，被校准激光干涉仪测量光束入射到被校准激光干涉仪反射镜上，在被反射回被校准激光干涉仪干涉镜组后，根据从被校准激光干涉仪干涉镜组中获得的干涉信号，可以得到被校准激光干涉仪反射镜沿标准测量光束方向运动的位移值；(3)气浴装置沿垂直于三条标准测量光束方向吹送匀速气流，形成稳定的气浴环境，在垂直于三条标准测量光束的平面，由三条标准测量光束在该平面投影点构成的等边三角形区域内，气浴环境使空气温度、湿度和气压近似均匀分布，使三条标准测量光束的空气折射率平均值更加接近被校准激光干涉仪测量光束的空气折射率值；(4)三条标准测量光束和被校准激光干涉仪测量光束在目标反射镜入射面上各自的初始入射位置坐标分别为(x1，y1)、(x2,y2)、(x3,y3)和(x4,y4)，在目标反射镜入射面上每条测量光束的初始入射位置坐标经过二维方向的坐标位移(x,y)后，因目标反射镜反射面形貌特征造成的位移测量值分别为函数z1(x1+x，y1+y)、z2(x2+x,y2+y)、z3(x3+x,y3+y)和z4(x4+x,y4+y)；(5)运动台沿标准测量光束方向往复运动过程中伴有在垂直于标准测量光束平面内任意二维方向的衍生位移，以匀速或非匀速采样速率，同步采样标准激光干涉仪三个测量位移值和被校准激光干涉仪测量位移值，分别为S1、S2、S3和S4，三个光束位置探测器同步探测到三条标准测量光束光斑在目标反射镜入射面上二维方向的衍生坐标位移值，求取三个坐标位移值的算术平均值(x’，y’)作为每条测量光束的衍生坐标位移值，将目标反射镜反射面形貌特征造成的位移测量误差补偿到测量位移值中，得到S1?z1(x1+x’,y1+y’)、S2?z2(x2+x’，y2+y’)、S3?z3(x3+x’,y3+y’)和S4?z4(x4+x’,y4+y’)，取S1?z1(x1+x’，y1+y’)、S2?z2(x2+x’,y2+y’)和S3?z3(x3+x’，y3+y’)的平均值与S4?z4(x4+x’，y4+y’)作差，得到若干采样测量误差值。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡鹏程，谭久彬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：