雙光軸補(bǔ)償及氣浴式角位移激光干涉儀校準(zhǔn)方法與裝置制造方法
【專利摘要】雙光軸補(bǔ)償及氣浴式角位移激光干涉儀校準(zhǔn)方法與裝置屬于激光測量【技術(shù)領(lǐng)域】，本發(fā)明將被校準(zhǔn)激光干涉儀兩條測量光束穿過雙軸中空激光干涉鏡組的中間通孔，兩條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束平行置于兩條平行標(biāo)準(zhǔn)測量光束中間位置；標(biāo)準(zhǔn)測量光束與被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束垂直距離很小，標(biāo)準(zhǔn)測量光束與被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束空氣折射率值非常接近；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，使標(biāo)準(zhǔn)測量光束與被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束空氣折射率值更加接近；目標(biāo)反射鏡反射面表面形貌造成的測量位移誤差補(bǔ)償?shù)浇俏灰茰y量結(jié)果中，保證角位移測量值的準(zhǔn)確性。
【專利說明】雙光軸補(bǔ)償及氣浴式角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]角位移激光干涉儀是精度很高的標(biāo)準(zhǔn)測量技術(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，可以用于微位移部件、移動平臺和光刻機(jī)角度變化量的監(jiān)測。角位移激光干涉儀可以提供很高的測量精度，并且可以動態(tài)測量運(yùn)動中的相對擺角，這是區(qū)別其他儀器的獨(dú)特優(yōu)勢，為了保證角位移激光干涉儀測量的準(zhǔn)確性，科學(xué)有效地對角位移激光干涉儀進(jìn)行校準(zhǔn)非常重要。角位移激光干涉儀的實現(xiàn)是將單光路的線位移激光干涉儀改進(jìn)成多光路的線位移激光干涉儀，通過測量得到的兩條光路相對光程變化可以獲得一個旋轉(zhuǎn)角度的變化值。在目前文獻(xiàn)資料中未提出角位移激光干涉儀的校準(zhǔn)方法與裝置，但因為角位移激光干涉儀是線位移激光干涉儀測量的衍生方案，所以角位移激光干涉儀校準(zhǔn)可以采用線位移激光干涉儀的校準(zhǔn)方法:并行式(冷玉國，陶磊，徐健.基于80m測量裝置的雙頻激光干涉儀系統(tǒng)精度及影響因素分析.計量與測試技術(shù)，2011，38(9):47-49)、背對背式(廖澄清，朱小平，王蔚晨，杜華.激光干涉儀測長精度校準(zhǔn)方法的研究.現(xiàn)代測量與實驗室管理，2005，1:6-7)和共光路式(Dr-1ng
H.-H.Schussler.Comparison and calibration of laser interferometer systems.Measurement, 1985,3(4):175-184)，因此角位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置也會有線位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置的缺點(diǎn):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)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述現(xiàn)有角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)了雙光軸補(bǔ)償及氣浴式角位移激光干涉儀校準(zhǔn)方法與裝置，該發(fā)明使標(biāo)準(zhǔn)測量光束與被校準(zhǔn)激光干涉儀測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)。
[0004]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0005]一種雙光軸補(bǔ)償及氣浴式角位移激光干涉儀校準(zhǔn)方法，該方法步驟如下:
[0006](I)標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀激光器的輸出光經(jīng)雙軸中空激光干涉鏡組形成相互平行的兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束，并都入射到有中間孔的平面鏡上，在垂直于兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束的平面內(nèi)，第一條與第二條標(biāo)準(zhǔn)測量光束投影位置點(diǎn)之間的連接線段M長為A，每條標(biāo)準(zhǔn)測量光束中帶有平面鏡位移信息的部分光被反射回雙軸中空激光干涉鏡組后，根據(jù)從雙軸中空激光干涉鏡組中獲得的干涉信號，得到連接線段M所在直線與有中間孔的平面鏡入射面夾角的變化值arctan ((?-?) / A)，其中，和a2分別為有中間孔的平面鏡上第一條和第二條標(biāo)準(zhǔn)測量光束入射區(qū)域的線位移測量值，每條標(biāo)準(zhǔn)測量光束的其余部分光經(jīng)有中間孔的平面鏡透射到兩個光束位置探測器上；
[0007](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相互平行的兩條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束，被校準(zhǔn)激光干涉儀兩條測量光束都穿過雙軸中空激光干涉鏡組的中間通孔，與兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束平行，并都入射到被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡上，在垂直于兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束的平面內(nèi)，第一條與第二條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束投影位置點(diǎn)之間的連接線段m長為B，連接線段m與連接線段M共線，兩條帶有被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡位移信息的被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束反射回被校準(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，得到連接線段m所在直線與被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡入射面夾角的變化值arctan ((b1-b2) / B)，其中，Id1和1^2分別為被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡上第一條和第二條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束入射區(qū)域的線位移測量值；
[0008](3)氣浴裝置沿垂直于兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束方向吹送勻速氣流，形成穩(wěn)定的氣浴環(huán)境，在垂直于兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束的平面，由兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束在該平面投影點(diǎn)構(gòu)成的線段區(qū)域內(nèi)，氣浴環(huán)境使空氣溫度、濕度和氣壓均勻分布，使標(biāo)準(zhǔn)測量光束與被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束空氣折射率值更加接近；
[0009](4)第一條、第二條標(biāo)準(zhǔn)測量光束和第一條、第二條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束在目標(biāo)反射鏡入射面上各自的初始入射位置坐標(biāo)分別為(Xl，Y1) > (x2, y2)、(X3，y3)和(x4，y4)，在目標(biāo)反射鏡入射面上每條測量光束的初始入射位置坐標(biāo)經(jīng)過坐標(biāo)位移(X，Y)后，因目標(biāo)反射鏡反射面形貌特征造成的線位移測量值分別為函數(shù)21(11+171+7)、Z2 (x2+x, y2+y)、z3(x3+x, y3+y)和Z4 (x4+x, y4+y),運(yùn)動臺進(jìn)行任意旋轉(zhuǎn)方向的小角度偏擺并伴有在垂直于標(biāo)準(zhǔn)測量光束的平面內(nèi)任意二維方向的衍生位移，以勻速或非勻速采樣速率，同步采樣標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀夾角變化值arctan (Xa^a2) / A)和被校準(zhǔn)激光干涉儀夾角變化值arctan ((b1-b2) / B)，兩個光束位置探測器同步探測到兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束光斑在目標(biāo)反射鏡入射面上二維方向的衍生坐標(biāo)位移值，求取兩個坐標(biāo)位移值的算術(shù)平均值(X’，I，)作為每條測量光`束的衍生坐標(biāo)位移值，將目標(biāo)反射鏡反射面形貌特征造成的線位移測量誤差補(bǔ)償?shù)綂A角變化值中，得到arctan {[ Ca1-Z1 h+x，，y!+y，)) -(a2_z2 (x2+x，,y2+y，))] / A}和 arctanllO^-zJxs+x'ys+y，))-(b2-z4(x4+x，，y4+y，))] /B}，最終得到一系列角位移校準(zhǔn)測量誤差值 arctan IKa1-Z1 (Xi+X’, yjy’ )) - (a2_z2 (x2+x，, y2+y’ ))] /A} -arctan {[ (b「z3 (x3+x ’，y3+y ’))- (b2_z4 (x4+x ’，y4+y ’))] / B}。
[0010]一種雙光軸補(bǔ)償及氣浴式角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，可接收標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀干涉信號位置上的接收器，導(dǎo)線將接收器與標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀信號處理系統(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)激光干涉儀測量光束穿過的雙軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組；雙軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組一側(cè)配置導(dǎo)軌，運(yùn)動臺配裝在導(dǎo)軌上，在運(yùn)動臺上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)激光干涉儀平面反射鏡，被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡和有中間孔的平面鏡組成入射面共面并且相對位置固定的目標(biāo)反射鏡；兩個光束位置探測器配置在有中間孔的平面鏡透射區(qū)域后面，且分別位于兩條平行標(biāo)準(zhǔn)測量光束透射光路上；在兩條平行標(biāo)準(zhǔn)測量光束側(cè)部配置氣浴裝置；在雙軸中空標(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)激光干涉儀信號處理系統(tǒng)連接。
[0011]本發(fā)明具有以下特點(diǎn)及良好效果:
[0012](I)由于被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束通過雙軸中空激光干涉鏡組的中間通孔，被校準(zhǔn)測量光軸與平行標(biāo)準(zhǔn)光軸之間的垂直距離很短，兩者的光路非常接近，因此兩套激光干涉儀校準(zhǔn)時阿貝誤差很小。
[0013](2)在垂直于兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束的平面，由兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束在該平面投影點(diǎn)構(gòu)成的線段區(qū)域內(nèi)，兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束和兩條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束受環(huán)境干擾的程度差異很小，標(biāo)準(zhǔn)測量光束與被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束空氣折射率值非常接近。
[0014](3)沒有共用的干涉鏡組和測量鏡，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)確意義上的兩套激光干涉儀進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0015](4)兩個光束位置探測器能夠測量出兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束相對目標(biāo)反射鏡在垂直于標(biāo)準(zhǔn)測量光束平面內(nèi)任意二維方向衍生位移，在發(fā)生衍生位移后，目標(biāo)反射鏡反射面表面形貌造成的測量位移誤差補(bǔ)償?shù)浇俏灰茰y量結(jié)果中，保證角位移測量值的準(zhǔn)確性。
[0016](5)氣浴裝置沿垂直于兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束方向吹送勻速氣流，形成穩(wěn)定的氣浴環(huán)境，在垂直于兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束的平面，由兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束在該平面投影點(diǎn)構(gòu)成的線段區(qū)域內(nèi)，氣浴環(huán)境使空氣溫度、濕度和氣壓均勻分布，使標(biāo)準(zhǔn)測量光束與被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束空氣折射率值更加接近。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為雙光軸補(bǔ)償及氣浴式角位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖
[0018]圖2為在有中間孔的平面鏡與被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡組成的目標(biāo)反射鏡的入射面上光斑位置分布示意圖
[0019]圖中:I標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀激光器、2雙軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組、3、4兩條平行標(biāo)準(zhǔn)測量光束、5有中間孔的平面鏡、6標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀接收器、7標(biāo)準(zhǔn)信號處理系統(tǒng)、8被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器、9被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組、10、11兩條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束、12中間通孔、13被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡、14被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器、15被校準(zhǔn)激光干涉儀信號處理系統(tǒng)、16運(yùn)動臺、17導(dǎo)軌、18氣浴裝置、19、20兩個光束位置探測器、21、22兩條平行標(biāo)準(zhǔn)測量光束光斑位置、23、24兩條被校準(zhǔn)激光干涉儀光束光斑位置。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0021]一種雙光軸補(bǔ)償及氣浴式角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，可接收標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀干涉信號位置上的接收器6，導(dǎo)線將接收器6與標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀信號處理系統(tǒng)7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12的可以讓被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束10、11穿過的雙軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組2 ;雙軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組2 —側(cè)配置導(dǎo)軌17，運(yùn)動臺16配裝在導(dǎo)軌17上，在運(yùn)動臺16上安裝有中間孔的平面鏡5，在平面鏡5中間孔內(nèi)安裝被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡13，被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡13和有中間孔的平面鏡5組成入射面共面并且相對位置固定的目標(biāo)反射鏡；兩個光束位置探測器19、20配置在有中間孔的平面鏡5透射區(qū)域后面，且分別位于兩條平行標(biāo)準(zhǔn)測量光束3、4透射光路上；在兩條平行標(biāo)準(zhǔn)測量光束3、4側(cè)部配置氣浴裝置18 ;在雙軸中空標(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9和被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器8，所述被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組9位于被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器8輸出光路上；被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器14配置在可接收被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉信號的位置上，導(dǎo)線將被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器14與被校準(zhǔn)激光干涉儀信號處理系統(tǒng)15連接。
[0022]所述的雙軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組2的中間通孔12包括任意形狀，數(shù)目是一個或一個以上。
[0023]所述的每條平行標(biāo)準(zhǔn)測量光束3、4和每條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束10、11分別被有中間孔的平面鏡5和被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡13反射一次或一次以上。
[0024]所述的標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀接收器6和被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器14的數(shù)目分別是一個或一個以上。
[0025]一種雙光軸補(bǔ)償及氣浴式角位移激光干涉儀校準(zhǔn)方法，該方法步驟如下:
[0026](I)標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀激光器I的輸出光經(jīng)雙軸中空激光干涉鏡組2形成相互平行的兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束3、4，并都入射到有中間孔的平面鏡5上，在垂直于兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束
3、4的平面內(nèi)，第一條與第二條標(biāo)準(zhǔn)測量光束投影位置點(diǎn)之間的連接線段M長為A，每條標(biāo)準(zhǔn)測量光束中帶有平面鏡5位移信息的部分光被反射回雙軸中空激光干涉鏡組2后，根據(jù)從雙軸中空激光干涉鏡組2中獲得的干涉信號，得到連接線段M所在直線與有中間孔的平面鏡5入射面夾角的變化值arctan ((ara2) /A)，其中，B1和a2分別為有中間孔的平面鏡5上第一條和第二條標(biāo)準(zhǔn)測量光束入射區(qū)域的線位移測量值，每條標(biāo)準(zhǔn)測量光束3、4的其余部分光經(jīng)有中間孔的平面鏡5透射到兩個光束位置探測器19、20上；
`[0027](2)被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器8的輸出光經(jīng)被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組9形成相互平行的兩條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束10、11，被校準(zhǔn)激光干涉儀兩條測量光束10、11都穿過雙軸中空激光干涉鏡組2的中間通孔12，與兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束3、4平行，并都入射到被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡13上，在垂直于兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束3、4的平面內(nèi)，第一條與第二條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束投影位置點(diǎn)之間的連接線段m長為B，連接線段m與連接線段M共線，兩條帶有被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡13位移信息的被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束10、11反射回被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組9后，根據(jù)從被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組9中獲得的干涉信號，得到連接線段m所在直線與被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡13入射面夾角的變化值arctan ((b1-b2) / B)，其中，Id1和b2分別為被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡13上第一條和第二條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束入射區(qū)域的線位移測量值；
[0028](3)氣浴裝置18沿垂直于兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束3、4方向吹送勻速氣流，形成穩(wěn)定的氣浴環(huán)境，在垂直于兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束3、4的平面，由兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束3、4在該平面投影點(diǎn)構(gòu)成的線段區(qū)域內(nèi)，氣浴環(huán)境使空氣溫度、濕度和氣壓均勻分布，使標(biāo)準(zhǔn)測量光束與被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束空氣折射率值更加接近；
[0029](4)第一條、第二條標(biāo)準(zhǔn)測量光束和第一條、第二條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束在目標(biāo)反射鏡入射面上各自的初始入射位置坐標(biāo)分別為(Xl，Y1)、(X2,12)、(x3) 1?)和(x4，y4)，在目標(biāo)反射鏡入射面上每條測量光束的初始入射位置坐標(biāo)經(jīng)過坐標(biāo)位移U，y)后，因目標(biāo)反射鏡反射面形貌特征造成的線位移測量值分別為函數(shù)Z1 (Xl+X, yi+y)、Z2 (x2+x, y2+y)、z3(x3+x, y3+y)和z4(x4+x, y4+y),運(yùn)動臺16進(jìn)行任意旋轉(zhuǎn)方向的小角度偏擺并伴有在垂直于標(biāo)準(zhǔn)測量光束3、4的平面內(nèi)任意二維方向的衍生位移，以勻速或非勻速采樣速率，同步采樣標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀夾角變化值arctan(Xa^a2) / A)和被校準(zhǔn)激光干涉儀夾角變化值arctan ((b1-b2)/B)，兩個光束位置探測器19、20同步探測到兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束3、4光斑在目標(biāo)反射鏡入射面上二維方向的衍生坐標(biāo)位移值，求取兩個坐標(biāo)位移值的算術(shù)平均值U’，I，)作為每條測量光束的衍生坐標(biāo)位移值，將目標(biāo)反射鏡反射面形貌特征造成的線位移測量誤差補(bǔ)償?shù)綂A角變化值中，得到arctan {[ G1-Z1 h+x’ , yjy’))- (a2_z2 (x2+x’ ,y2+y，))] / A}和 arctanllO^-zJxs+x'ys+y，))-(b2-z4(x4+x，，y4+y，))] /B}，最終得到一系列角位移校準(zhǔn)測量誤差值 arctanIKa1-Z1 (χΑχ’，y!+y，))-(a2_z2(x2+x，, y2+y’ ))] /A} -arctan {[ (b「z3 (x3+x，，y3+y，)) - (b2_z4 (x4+x，，y4+y，))] / B}。
[0030]標(biāo)準(zhǔn)測量光束光斑位置21、22依次分別是兩條平行標(biāo)準(zhǔn)測量光束3、4入射到有中間孔的平面鏡5的位置，被校準(zhǔn)激光干涉儀光束光斑位置23、24是被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束10、11入射被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡13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23、24處在標(biāo)準(zhǔn)測量光束光斑位置21、22的中間，即兩條平行標(biāo)準(zhǔn)測量光束3、4將被校準(zhǔn)激光 干涉儀測量光束10、11夾持在中間位置。
【權(quán)利要求】
1.一種雙光軸補(bǔ)償及氣浴式角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)雙軸中空激光干涉鏡組形成相互平行的兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束，并都入射到有中間孔的平面鏡上，在垂直于兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束的平面內(nèi)，第一條與第二條標(biāo)準(zhǔn)測量光束投影位置點(diǎn)之間的連接線段M長為A，每條標(biāo)準(zhǔn)測量光束中帶有平面鏡位移信息的部分光被反射回雙軸中空激光干涉鏡組后，根據(jù)從雙軸中空激光干涉鏡組中獲得的干涉信號，得到連接線段M所在直線與有中間孔的平面鏡入射面夾角的變化值arctan((ara2) / A)，其中，和a2分別為有中間孔的平面鏡上第一條和第二條標(biāo)準(zhǔn)測量光束入射區(qū)域的線位移測量值，每條標(biāo)準(zhǔn)測量光束的其余部分光經(jīng)有中間孔的平面鏡透射到兩個光束位置探測器上； (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相互平行的兩條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束，被校準(zhǔn)激光干涉儀兩條測量光束都穿過雙軸中空激光干涉鏡組的中間通孔，與兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束平行，并都入射到被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡上，在垂直于兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束的平面內(nèi)，第一條與第二條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束投影位置點(diǎn)之間的連接線段m長為B，連接線段m與連接線段M共線，兩條帶有被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡位移信息的被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束反射回被校準(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，得到連接線段m所在直線與被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡入射面夾角的變化值arctan ((brb2) / B)，其中，Id1和b2分別為被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡上第一條和第二條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束入射區(qū)域的線位移測量值； (3)氣浴裝置沿垂直于兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束方向吹送勻速氣流，形成穩(wěn)定的氣浴環(huán)境，在垂直于兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束的平面，由兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束在該平面投影點(diǎn)構(gòu)成的線段區(qū)域內(nèi)，氣浴環(huán)境使空氣溫度、濕度和氣壓均勻分布，使標(biāo)準(zhǔn)測量光束與被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束空氣折射率值更加接近； (4)第一條、第二條標(biāo)準(zhǔn)測量光束和第一條、第二條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束在目標(biāo)反射鏡入射面上各自的初始入射位置坐標(biāo)分別為(Xl，Y1) > (x2,12) > (x3，1?)和(x4，y4)，在目標(biāo)反射鏡入射面上每條測量光束的初始入射位置坐標(biāo)經(jīng)過坐標(biāo)位移(x，y)后，因目標(biāo)反射鏡反射面形貌特征造成的線位移測量值分別為函數(shù)zl (Xl+X, yi+y)、Z2 (x2+x, y2+y)、Z3(x3+x, y3+y)和z4(x4+x, y4+y)，運(yùn)動臺進(jìn)行任意旋轉(zhuǎn)方向的小角度偏擺并伴有在垂直于標(biāo)準(zhǔn)測量光束的平面內(nèi)任意二維方向的衍生位移，以勻速或非勻速采樣速率，同步采樣標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀夾角變化值arctan(Xa^a2) / A)和被校準(zhǔn)激光干涉儀夾角變化值arctan((brb2) / B)，兩個光束位置探測器同步探測到兩條標(biāo)準(zhǔn)測量光束光斑在目標(biāo)反射鏡入射面上二維方向的衍生坐標(biāo)位移值，求取兩個坐標(biāo)位移值的算術(shù)平均值(X’，I，)作為每條測量光束的衍生坐標(biāo)位移值，將目標(biāo)反射鏡反射面形貌特征造成的線位移測量誤差補(bǔ)償?shù)綂A角變化值中，得到arctan {[ Ca1-Z1 h+x，, yjy’ )) -(a2_z2 (x2+x，,y2+y，))] / A}和 arctan{[ (Id1-Z3(x3+x，，y3+y，))-(b2-z4(x4+x，，y4+y，))] /B}，最終得到一系列角位移校準(zhǔn)測量誤差值 arctan IKa1-Z1 (χΑχ’，yjy’ )) - (a2_z2 (x2+x，，y2+y’ ))] /A} -arctan {[ (b「z3 (x3+x，，y3+y ’ )) - (b2-z4 (x4+x，，y4+y ’ ))] / B}。
2.一種雙光軸補(bǔ)償及氣浴式角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)，可接收標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀干涉信號位置上的接收器(6)，導(dǎo)線將接收器(6)與標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀信號處理系統(tǒng)(7)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(12)的可以讓被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束(10、11)穿過的雙軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組(2);雙軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組(2) —側(cè)配置導(dǎo)軌(17)，運(yùn)動臺(16)配裝在導(dǎo)軌(17)上，在運(yùn)動臺(16)上安裝有中間孔的平面鏡(5)，在平面鏡(5)中間孔內(nèi)安裝被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡(13)，被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡(13)和有中間孔的平面鏡(5)組成入射面共面并且相對位置固定的目標(biāo)反射鏡；兩個光束位置探測器(19、20)配置在有中間孔的平面鏡(5)透射區(qū)域后面，且分別位于兩條平行標(biāo)準(zhǔn)測量光束(3、4)透射光路上；在兩條平行標(biāo)準(zhǔn)測量光束(3、4)側(cè)部配置氣浴裝置(18);在雙軸中空標(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(9)和被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器(8)，所述被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組(9)位于被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器(8)輸出光路上；被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器(14)配置在可接收被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉信號的位置上，導(dǎo)線將被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器(14)與被校準(zhǔn)激光干涉儀信號處理系統(tǒng)(15)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙光軸補(bǔ)償及氣浴式角位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述的雙軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組(2)的中間通孔(12)包括任意形狀，數(shù)目是一個或一個以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙光軸補(bǔ)償及氣浴式角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)測量光束(3、4)和每條被校準(zhǔn)激光干涉儀測量光束(10、11)分別被有中間孔的平面鏡(5)和被校準(zhǔn)激光干涉儀平面反射鏡(13)反射一次或一次以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙光軸補(bǔ)償及氣浴式角位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述的標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀接收器(6)和被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器(14)的數(shù)目分別是一個或一個以上。
【文檔編號】G01B9/02GK103528503SQ201310475485
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月11日
【發(fā)明者】胡鵬程, 譚久彬 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)