一種磁性微位移平臺(tái)式級(jí)聯(lián)階梯角反射鏡激光干涉儀及標(biāo)定方法和測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種精密測試技術(shù)及儀器領(lǐng)域，特別涉及一種磁性微位移平臺(tái)式級(jí)聯(lián)階梯角反射鏡激光干涉儀及標(biāo)定方法和測量方法。
【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)，激光干涉測量技術(shù)已經(jīng)比較成熟。激光干涉測量系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛:精密長度、角度的測量如線紋尺、光柵、量塊、精密絲杠的檢測；精密儀器中的定位檢測系統(tǒng)如精密機(jī)械的控制、校正；大規(guī)模集成電路專用設(shè)備和檢測儀器中的定位檢測系統(tǒng)；微小尺寸的測量等。目前，在大多數(shù)激光干涉測長系統(tǒng)中，都采用了邁克爾遜干涉儀或類似的光路結(jié)構(gòu)，比如，目前常用的單頻激光干涉儀。
[0003]單頻激光干涉儀是從激光器發(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)變化由接收器中的光電轉(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)N，再由電子計(jì)算機(jī)按計(jì)算式Y(jié) = NX λ/2，式中λ為激光波長，算出可動(dòng)反射鏡的位移量Y。
[0004]在實(shí)際使用中，本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，上述的測量結(jié)構(gòu)和測量方法依然存在著不足:
[0005]目前的單頻激光干涉儀還存在受環(huán)境影響嚴(yán)重的問題，激光干涉儀可動(dòng)反光鏡移動(dòng)時(shí)，干涉條紋的光強(qiáng)變化由接收器中的光電轉(zhuǎn)換元件和電子線路等轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)，當(dāng)為最強(qiáng)相長干涉時(shí)，信號(hào)超過計(jì)數(shù)器的觸發(fā)電平被記錄下來，如果環(huán)境發(fā)生變化，比如空氣湍流，空氣中雜質(zhì)增多，機(jī)床油霧，加工時(shí)的切削肩對激光束的影響，使得激光束的強(qiáng)度降低，此時(shí)，即使是出現(xiàn)最強(qiáng)相長干涉，也有可能強(qiáng)度低于計(jì)數(shù)器的觸發(fā)電平而不被計(jì)數(shù)。
[0006]所以，基于上述不足，目前亟需一種即能夠抗環(huán)境干擾，又能夠提高測量精度的激光干涉儀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于針對目前激光干涉儀抗環(huán)境干擾能力差的不足，提供一種能夠抗環(huán)境干擾的激光干涉儀。
[0008]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:
[0009]一種磁性微位移平臺(tái)式級(jí)聯(lián)階梯角反射鏡激光干涉儀，包括有激光源、微動(dòng)階梯角反射鏡組、干涉測量光電探測器組、移動(dòng)角反射鏡、分光鏡組和磁性微位移平臺(tái)，所述微動(dòng)階梯角反射鏡組包括有m個(gè)微動(dòng)階梯角反射鏡和m-Ι個(gè)固定角反射鏡，m>2，m個(gè)所述微動(dòng)階梯角反射鏡設(shè)置在所述磁性微位移平臺(tái)上；
[0010]所述激光源向所述分光鏡組射出z束激光束，其中z為大于或者等于2的正整數(shù)，所述干涉測量光電探測器組包括有Z個(gè)干涉測量光電探測器，每一個(gè)干涉測量光電探測器與一束激光束相對應(yīng)；
[0011]各激光束經(jīng)所述分光鏡組后分為第一激光束組和第二激光束組，所述第一激光束組射向所述微動(dòng)階梯角反射鏡組，經(jīng)所述微動(dòng)階梯角反射鏡組反射后再次射向所述分光鏡組，再經(jīng)所述分光鏡組后射向所述干涉測量光電探測器組，所述第二激光束組射向所述移動(dòng)角反射鏡，經(jīng)所述移動(dòng)角反射鏡反射后再次射向所述分光鏡組，經(jīng)所述分光鏡組后相對應(yīng)的與射向所述干涉測量光電探測器組的第一激光束組發(fā)生干涉，形成干涉激光束組，干涉激光束組的各干涉光束分別射向各自對應(yīng)的所述干涉測量光電探測器；
[0012]所述微動(dòng)階梯角反射鏡組包括有兩個(gè)微動(dòng)階梯角反射鏡和一個(gè)固定角反射鏡，每個(gè)微動(dòng)階梯角反射鏡具有成直角的兩個(gè)反射階梯面，每個(gè)所述反射階梯面包括z個(gè)成階梯型的反射平面，第一激光束組射入所述微動(dòng)階梯角反射鏡組時(shí)，先射到其中一個(gè)微動(dòng)階梯角反射鏡的一個(gè)反射階梯面上，第一激光束組的Z束激光與該反射階梯面的Z個(gè)反射平面一一對應(yīng)，經(jīng)該反射階梯面反射后射到該微動(dòng)階梯角反射鏡的另一個(gè)反射階梯面上，經(jīng)反射后再射向所述固定角反射鏡，經(jīng)固定角反射鏡反射后再射向另一個(gè)微動(dòng)階梯角反射鏡，經(jīng)該微動(dòng)階梯角反射鏡反射后，再射向所述分光鏡組；
[0013]所述磁性微位移平臺(tái)式級(jí)聯(lián)階梯角反射鏡激光干涉儀還包括有反射測量光電探測器組，所述反射測量光電探測器組包括有z個(gè)反射測量光電探測器，所述第二激光束組在由所述移動(dòng)角反射鏡射向所述分光鏡組后還形成有反射激光束組，所述反射激光束組的各激光束分別射向一個(gè)所述反射測量光電探測器；
[0014]所述磁性微位移平臺(tái)，包括有支撐平臺(tái)和設(shè)置在所述支撐平臺(tái)上的位移裝置，所述支撐平臺(tái)上設(shè)置有第一位移件，所述第一位移件與所述位移裝置連接，所述位移裝置帶動(dòng)所述第一位移件沿所述支撐平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，所述第一位移件具有一相對于其位移方向傾斜的斜面，所述第一位移件的斜面上滑動(dòng)設(shè)置有第二位移件，所述第一位移件與第二位移件之間貼緊配合，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鑫灰蒲b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，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，O > A >45，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)，所述微動(dòng)階梯角反射鏡設(shè)置在所述第二位移件上，隨第二位移件運(yùn)動(dòng)。
[0015]作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述分光鏡組包括有第一分光鏡和第二分光鏡，所述激光源射出的z束激光束先射到第一分光鏡，經(jīng)第一分光鏡反射形成第一激光束組，經(jīng)第一分光鏡透射形成第二激光束組，第一激光束組射向所述微動(dòng)階梯角反射鏡組，經(jīng)反射后再次射向所述第一分光鏡，然后再透射過所述第一分光鏡，所述第二激光束組射向所述移動(dòng)角反射鏡，經(jīng)所述移動(dòng)角反射鏡反射后射向所述第二分光鏡，經(jīng)所述第二分光鏡透射后射向所述第一分光鏡，并且與從所述第一分光鏡透射出的第一激光束組發(fā)生干涉，形成干涉激光束組后射向所述干涉測量光電探測器組，由所述移動(dòng)角反射鏡射向所述第二分光鏡的所述第二激光束組還被所述第二分光鏡反射形成所述反射激光束組。
[0016]本申請的激光干涉儀，由于反射測量光電探測器組可以測量移動(dòng)角反射鏡反射激光束組的強(qiáng)度，根據(jù)反射激光束組的強(qiáng)度確定激光干涉光束的干涉狀態(tài)，如此實(shí)現(xiàn)抗環(huán)境干擾的目的；
[0017]并且，在本申請中，微動(dòng)階梯角反射鏡設(shè)置在磁性微位移平臺(tái)上，支撐平臺(tái)上設(shè)置位移裝置和第一位移件，位移裝置帶動(dòng)第一位移件運(yùn)動(dòng)，第一位移件具有一相對于其位移方向傾斜的斜面，當(dāng)位移裝置提供一定的位移值帶動(dòng)第一位移件時(shí)，由于約束裝置的存在，此時(shí)，第二位移件在垂直于第一位移件位移方向上將產(chǎn)生一定的位移值，第二位移件的位移值與位移裝置提供的位移值相關(guān)，還與第一位移件斜面的傾斜程度相關(guān)，即，設(shè)第一位移件的斜面與其位移方向的夾角為A度，當(dāng)位移裝置提供的位移值為X時(shí)，第二位移件產(chǎn)生的位移值即為Y = Xtan(A)，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，當(dāng)夾角A小于45度時(shí)，將得到一個(gè)小于X值的位移值，當(dāng)進(jìn)一步的減小夾角A時(shí)，位移值Y也隨之減小，如此，使得在本申請的方案中，通過以行程換精度的方式，最終得到一個(gè)小于位移裝置輸出位移值的第二位移件的位移值，直接提高了本申請磁性微位移平臺(tái)的精度，也就直接提高了微動(dòng)階梯角反射鏡的移動(dòng)精度，直接提高了本申請激光干涉儀的測量精度。
[0018]作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述位移裝置為壓電陶瓷型位移裝置。壓電陶瓷能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料，其在電場作用下產(chǎn)生的形變量很小，最多不超過本身尺寸的千萬分之一的微位移，具有良好的往復(fù)形變恢復(fù)能力，穩(wěn)定性好、精度高，如此使得本申請的位移裝置能夠提供足夠小的位移值，進(jìn)一步提高了本申請微位移平臺(tái)的精度，提高本申請激光干涉儀的測量精度。
[0019]作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述激光干涉儀還包括有處理系統(tǒng)，所述處理系統(tǒng)與所述干涉測量光電探測器和反射測量光電探測器電連接，通過所述處理系統(tǒng)控制所述干涉測量光電探測器和反射測量光電探測器的啟動(dòng)和停止，并且使所述干涉測量光電探測器數(shù)據(jù)和反射測量光電探測器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在所述處理系統(tǒng)內(nèi)，所述處理系統(tǒng)還與所述磁性微位移平臺(tái)的位移裝置電連接，通過所述處理系統(tǒng)控制所述位移裝置的啟動(dòng)和停止，所述處理系統(tǒng)還與所述激光源電連接，通過所述處理系統(tǒng)控制所述激光源的啟動(dòng)和停止。在本申請中，通過設(shè)置處理系統(tǒng)，對干涉測量光電探測器的數(shù)據(jù)和反射測量光電探測器的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存，生成標(biāo)定數(shù)據(jù)庫，在實(shí)際測量過程中通過實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)與標(biāo)定數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，進(jìn)而判斷出當(dāng)前光路的干涉情況；處理系統(tǒng)還與磁性微位移平臺(tái)的位移裝置電連接，根據(jù)實(shí)時(shí)的測量結(jié)果控制位移裝置的輸出位移，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對微動(dòng)階梯角反射鏡位置的協(xié)調(diào)控制，提高本申請的激光干涉儀的適應(yīng)性。
[0020]作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案，在所述激光源、微動(dòng)階梯角反射鏡組、干涉測量光電探測器組、分光鏡組、反射測量光電探測器組中任意兩個(gè)之間的激光束設(shè)置在封閉空間內(nèi)而不與外部環(huán)境空間接觸。在本申請中，激光源、微動(dòng)階梯角反射鏡組、干涉測量光電探測器組、分光鏡組和反射測量光電探測器組這些部件任意兩個(gè)之間的激光束設(shè)置在封閉空間內(nèi)，使得在進(jìn)行測量的過程中，上述