一種對(duì)比式抗干擾階梯型角反射鏡激光干涉儀及標(biāo)定方法和測(cè)量方法
【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，特別涉及一種對(duì)比式抗干擾階梯型角反射鏡激光干涉儀及標(biāo)定方法和測(cè)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(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。目前，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)，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(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L = NX λ/2，式中λ為激光波長(zhǎng)，算出可動(dòng)反射鏡的位移量L。
[0004]在實(shí)際使用中，本申請(qǐng)的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，上述的測(cè)量結(jié)構(gòu)和測(cè)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(wèn)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(zhǎng)干涉時(shí)，信號(hào)超過(guò)計(jì)數(shù)器的觸發(fā)電平被記錄下來(lái)，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(duì)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(zhǎng)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(cè)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(duì)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]—種對(duì)比式抗干擾階梯型角反射鏡激光干涉儀，包括有激光源、階梯型角反射鏡、干涉測(cè)量光電探測(cè)器組、移動(dòng)角反射鏡和分光鏡組，所述激光源向所述分光鏡組射出ζ束激光束，其中ζ為大于或者等于2的正整數(shù)，所述干涉測(cè)量光電探測(cè)器組包括有ζ個(gè)干涉測(cè)量光電探測(cè)器，每一個(gè)干涉測(cè)量光電探測(cè)器與一束激光束相對(duì)應(yīng)，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階梯型角反射鏡，經(jīng)所述階梯型角反射鏡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(cè)量光電探測(cè)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(duì)應(yīng)的與射向所述干涉測(cè)量光電探測(cè)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(duì)應(yīng)的所述干涉測(cè)量光電探測(cè)器，所述對(duì)比式抗干擾階梯型角反射鏡激光干涉儀還包括有反射測(cè)量光電探測(cè)器組，所述反射測(cè)量光電探測(cè)器組包括有Z個(gè)反射測(cè)量光電探測(cè)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(cè)量光電探測(cè)器。
[0010]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ζ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階梯型角反射鏡，經(jīng)反射后再次射向所述第一分光鏡，然后再透射過(guò)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(cè)量光電探測(cè)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。
[0011]本申請(qǐng)的激光干涉儀，由于反射測(cè)量光電探測(cè)器組可以測(cè)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。
[0012]作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案，在所述激光源、階梯型角反射鏡、干涉測(cè)量光電探測(cè)器組、分光鏡組、反射測(cè)量光電探測(cè)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(qǐng)中，激光源、階梯型角反射鏡、干涉測(cè)量光電探測(cè)器組、分光鏡組和反射測(cè)量光電探測(cè)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(cè)量的過(guò)程中，上述這些部件之間的激光束并不會(huì)受到環(huán)境因素的影響，進(jìn)而保證了本申請(qǐng)激光干涉儀的測(cè)量精度。
[0013]作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述分光鏡組與所述移動(dòng)角反射鏡之間的激光束暴露在環(huán)境空氣之中。在實(shí)際使用時(shí)，移動(dòng)角反射鏡設(shè)置在被測(cè)物體上，隨被測(cè)物體運(yùn)動(dòng)，所以在本申請(qǐng)中，將分光鏡組與移動(dòng)角反射鏡之間的激光束暴露在環(huán)境空氣之中，首先是使得本申請(qǐng)激光干涉儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，同時(shí)還方便本申請(qǐng)激光干涉儀的布置。
[0014]本申請(qǐng)還公開(kāi)了一種用于上述激光干涉儀結(jié)構(gòu)的標(biāo)定方法，
[0015]—種用于上述對(duì)比式抗干擾階梯型角反射鏡激光干涉儀的標(biāo)定方法，包括下述步驟:
[0016]步驟一、位置調(diào)整:調(diào)整好激光源、階梯型角反射鏡、分光鏡組、干涉測(cè)量光電探測(cè)器組、反射測(cè)量光電探測(cè)器組和移動(dòng)角反射鏡的位置；
[0017]步驟二、調(diào)整光路:啟動(dòng)所述激光源，進(jìn)一步精確調(diào)整階梯型角反射鏡、分光鏡組、干涉測(cè)量光電探測(cè)器組、反射測(cè)量光電探測(cè)器組和移動(dòng)角反射鏡的位置，使激光干涉儀的光路達(dá)到設(shè)計(jì)要求；
[0018]步驟三、生成最強(qiáng)干涉數(shù)據(jù)庫(kù):選取干涉測(cè)量光電探測(cè)器組中的一個(gè)干涉測(cè)量光電探測(cè)器作為標(biāo)定干涉測(cè)量光電探測(cè)器，選取反射測(cè)量光電探測(cè)器組中的一個(gè)反射測(cè)量光電探測(cè)器作為標(biāo)定反射測(cè)量光電探測(cè)器，所述標(biāo)定干涉測(cè)量光電探測(cè)器與所述標(biāo)定反射測(cè)量光電探測(cè)器與所述激光源射出的同一束激光束相對(duì)應(yīng)，在空氣潔凈的環(huán)境下移動(dòng)所述移動(dòng)角反射鏡，當(dāng)射向所述標(biāo)定干涉測(cè)量光電探測(cè)器的干涉光束為最強(qiáng)相長(zhǎng)干涉時(shí)固定所述移動(dòng)角反射鏡，記錄此時(shí)標(biāo)定反射測(cè)量光電探測(cè)器讀數(shù)和標(biāo)定干涉測(cè)量光電探測(cè)器讀數(shù)，改變空氣環(huán)境使所述標(biāo)定反射測(cè)量光電探測(cè)器讀數(shù)變化，同時(shí)記錄若干個(gè)標(biāo)定反射測(cè)量光電探測(cè)器讀數(shù)以及對(duì)應(yīng)的標(biāo)定干涉測(cè)量光電探測(cè)器讀數(shù)，得到最強(qiáng)干涉數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0019]作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案，重復(fù)所述步驟三，每次選取不同的標(biāo)定反射測(cè)量光電探測(cè)器和標(biāo)定干涉測(cè)量光電探測(cè)器，得到ζ個(gè)最強(qiáng)干涉數(shù)據(jù)庫(kù)。由于重復(fù)了步驟三，得到ζ個(gè)最強(qiáng)干涉數(shù)據(jù)庫(kù)，直接增加的數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)量，更加利于檢測(cè)過(guò)程中數(shù)據(jù)的匹配查詢，并且，實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)激光源、階梯型角反射鏡和ζ個(gè)最強(qiáng)干涉數(shù)據(jù)庫(kù)之間的相互協(xié)同，提高激光干涉儀的測(cè)量精度。
[0020]本申請(qǐng)的激光干涉儀結(jié)構(gòu)以及標(biāo)定方法，在最強(qiáng)相長(zhǎng)干涉時(shí)，改變測(cè)量環(huán)境，記錄標(biāo)定反射測(cè)量光電探測(cè)器讀數(shù)和標(biāo)定干涉測(cè)量光電探測(cè)器讀數(shù)形成最強(qiáng)干涉數(shù)據(jù)庫(kù)，在實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，如果存在由于環(huán)境因素而導(dǎo)致干涉測(cè)量光電探測(cè)器組不能夠正常檢測(cè)到最強(qiáng)相長(zhǎng)干涉時(shí)，可以根據(jù)標(biāo)定反射測(cè)量光電探測(cè)器讀數(shù)和標(biāo)定干涉測(cè)量光電探測(cè)器讀數(shù)與最強(qiáng)干涉數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，如果存在有匹配數(shù)據(jù)，則該位置為最強(qiáng)相長(zhǎng)干涉，如此使得本申請(qǐng)的激光干涉儀實(shí)現(xiàn)抗環(huán)境干擾的能力。
[0021]作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案，還包括有步驟四、生成最弱干涉數(shù)據(jù)庫(kù):在空氣潔凈的環(huán)境下移動(dòng)所述移動(dòng)角反射鏡，當(dāng)射向所述標(biāo)定干涉測(cè)量光電探測(cè)器的干涉光束為最弱相消干涉時(shí)固定所述移動(dòng)角反射鏡，記錄此時(shí)標(biāo)定反射測(cè)量光電探測(cè)器讀數(shù)和標(biāo)定干涉測(cè)量光電探測(cè)器讀數(shù)，改變空氣環(huán)境使所述標(biāo)定反射測(cè)量光電探測(cè)器讀數(shù)變化，同時(shí)記錄若干個(gè)標(biāo)定反射測(cè)量光電探測(cè)器讀數(shù)以及對(duì)應(yīng)的標(biāo)定干涉測(cè)量光電探測(cè)器讀數(shù)，得到最弱干涉數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0022]作為進(jìn)一步的優(yōu)選方案，重復(fù)所述步驟四，每次選取不同的標(biāo)定反射測(cè)量光電探測(cè)器和標(biāo)