一種激光波長(zhǎng)修正式角反射鏡激光干涉儀的制作方法
【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，特別涉及一種激光波長(zhǎng)修正式角反射鏡激光干涉儀。
【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(zhuān)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(lèi)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 = NXA/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)，目前的單頻激光干涉儀僅對(duì)激光干涉波的整數(shù)部分進(jìn)行計(jì)數(shù)，即，只能在最強(qiáng)干涉時(shí)，即最強(qiáng)相長(zhǎng)干涉時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)，而對(duì)于激光干涉過(guò)程中，非最強(qiáng)相長(zhǎng)干涉時(shí)則難以計(jì)數(shù)，如此使得，其測(cè)量精度受限于激光的波長(zhǎng)，其精度只能為半個(gè)激光波長(zhǎng)的整數(shù)倍，但是在實(shí)際測(cè)量中，被測(cè)物體產(chǎn)生的位移值通常都是隨機(jī)的，不可能剛好是半個(gè)激光波長(zhǎng)的整數(shù)倍，即，還存在有超出半個(gè)激光波長(zhǎng)的小數(shù)部分，該部分距離并不能夠通過(guò)上述的接收器反應(yīng)出來(lái)，所以也無(wú)法計(jì)算出來(lái)。同時(shí)由于大氣環(huán)境的變化，如溫度、濕度以及氣壓的變化，激光波長(zhǎng)在環(huán)境中發(fā)生變化，這直接造成激光干涉測(cè)距的精度降低。
[0005]雖然，在常規(guī)技術(shù)領(lǐng)域中，激光的半個(gè)波長(zhǎng)已具有極高的精度，但是，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，在精密測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域中，精密測(cè)量的精度要求越來(lái)越高，這種半個(gè)激光波長(zhǎng)的精度，已日漸不能再滿足人們的要求。
[0006]所以，基于上述不足，目前亟需一種能夠提供更高測(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)目前激光干涉儀精度受限于激光波長(zhǎng)，且測(cè)量環(huán)境對(duì)激光波長(zhǎng)有直接影響的不足，提供一種具有更高測(cè)量精度的激光干涉儀。
[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]—種激光波長(zhǎng)修正式角反射鏡激光干涉儀，包括激光源、固定角反射鏡、光電探測(cè)器、測(cè)量角反射鏡裝置和分光鏡，所述測(cè)量角反射鏡裝置包括測(cè)量角反射鏡與精密位移裝置，所述激光源射出的激光束經(jīng)所述分光鏡后分為第一激光束和第二激光束，第一激光束射向所述固定角反射鏡，經(jīng)所述固定角反射鏡反射后再次射向所述分光鏡，再經(jīng)分光鏡后射向所述光電探測(cè)器，第二激光束射向所述測(cè)量角反射鏡，經(jīng)所述測(cè)量角反射鏡反射后再次射向所述分光鏡，經(jīng)分光鏡后射向所述光電探測(cè)器，第一激光束與第二激光束在射向所述光電探測(cè)器時(shí)發(fā)生干涉，所述測(cè)量角反射鏡設(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)量角反射鏡提供與被測(cè)物體位移同向或反向的位移。
[0010]本申請(qǐng)的上述方案中，由于將測(cè)量角反射鏡設(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)量角反射鏡，如此，當(dāng)被測(cè)物體發(fā)生位移時(shí)，在位移過(guò)程中，由于第二激光束光程的變化，使得，第一激光束與第二激光束的干涉狀態(tài)也隨之變化，開(kāi)始測(cè)量工作前，啟動(dòng)精密位移裝置，使測(cè)量角反射鏡產(chǎn)生位移，所述測(cè)量角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)器計(jì)數(shù)清零，然后再開(kāi)始測(cè)量被測(cè)物體的位移，在第一激光束與第二激光束干涉狀態(tài)變化過(guò)程中，光電探測(cè)器記錄最強(qiáng)相長(zhǎng)干涉的次數(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)器停止計(jì)數(shù);此時(shí)，通過(guò)精密位移裝置使測(cè)量角反射鏡在被測(cè)物體的位移方向上移動(dòng)，并觀測(cè)光電探測(cè)器，當(dāng)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)量角反射鏡提供的位移值A(chǔ)L。
[0011]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= NXλ/2+(λ/2_Λυ，其中Λ?<λ/2，式中λ為激光波長(zhǎng)；
[0012]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= NX λ/2+AL，其中Λ?<λ/2，式中λ為激光波長(zhǎng)。
[0013]如此，通過(guò)上述結(jié)構(gòu)，將被測(cè)物體實(shí)際位移中超出半個(gè)激光波長(zhǎng)的小數(shù)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，其精確度高于半個(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。
[0014]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)量角反射鏡提供在被測(cè)物體位移方向同向或反向上的位移。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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)量角反射鏡設(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。
[0018]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)。
[0019]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。
[0020]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。
[0021]作為本申請(qǐng)的優(yōu)選方案，所述第二位移件上還設(shè)置有彈性元件。使得第一位移件在被推動(dòng)時(shí)，能夠保持與第二位移件處于接觸狀態(tài)，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。
[0022]作為本申請(qǐng)的優(yōu)選方案，所述第二位移件與所述測(cè)量角反射鏡為一體式結(jié)構(gòu)。
[0023]在上述方