形貌補(bǔ)償式四光軸線位移激光干涉儀校準(zhǔn)方法與裝置制造方法
【專利摘要】形貌補(bǔ)償式四光軸線位移激光干涉儀校準(zhǔn)方法與裝置屬于激光測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，本發(fā)明將被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束穿過四軸中空激光干涉鏡組的中間通孔，被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束平行置于以正四棱柱側(cè)棱形式分布的四條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束中心位置處；在垂直于四條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束的平面內(nèi)，由四條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束在該平面投影點(diǎn)構(gòu)成的正方形區(qū)域中，四條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束和被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束受環(huán)境干擾的程度差異很小，四條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束的空氣折射率平均值接近被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束的空氣折射率值；目標(biāo)反射鏡反射面表面形貌造成的測(cè)量誤差補(bǔ)償?shù)骄€位移測(cè)量結(jié)果中，保證線位移測(cè)量值的準(zhǔn)確性。
【專利說明】形貌補(bǔ)償式四光軸線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(cè)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]激光干涉測(cè)量線位移技術(shù)是精度很高的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)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(guó)防裝備等領(lǐng)域，為了保證激光干涉儀測(cè)量線 位移的準(zhǔn)確性，需要科學(xué)有效的線位移激光干涉儀校準(zhǔn)方法與裝置。校準(zhǔn)線位移激光干涉 儀一般思路是采用精度等級(jí)更高的線位移激光干涉儀來校準(zhǔn)，當(dāng)兩者的精度相近時(shí)，即稱 為比對(duì)。在實(shí)際校準(zhǔn)工作中，線位移激光干涉儀大多具有相當(dāng)?shù)木?，因而?duì)線位移激光干 涉儀的校準(zhǔn)是通過比對(duì)實(shí)現(xiàn)的。目前，線位移激光干涉儀的一般校準(zhǔn)方法有并行式，面對(duì)面 式和共光路式(廖澄清，朱小平，王蔚晨，杜華.激光干涉儀測(cè)長(zhǎng)精度校準(zhǔn)方法的研究.現(xiàn) 代測(cè)量與實(shí)驗(yàn)室管理，2005，1:6-7)。
[0003]圖1是并行式激光干涉儀校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量鏡和被校準(zhǔn)測(cè)量鏡安裝 在同一個(gè)可動(dòng)平臺(tái)上，當(dāng)運(yùn)動(dòng)臺(tái)移動(dòng)時(shí)，兩套激光干涉儀測(cè)量光束的光程同時(shí)增加與減小。 由于兩套激光干涉儀并行放置，兩路光受環(huán)境影響相似，空氣折射率對(duì)兩路光影響較小，但 由于兩路光之間的垂直距離較大，因此兩套激光干涉儀校準(zhǔn)時(shí)阿貝誤差較大。
[0004]圖2是面對(duì)面式激光干涉儀校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量鏡和被校準(zhǔn)測(cè)量鏡面 對(duì)面的安裝在運(yùn)動(dòng)臺(tái)上，其優(yōu)點(diǎn)是兩套激光干涉儀測(cè)量光束軸線可調(diào)整至幾乎同一測(cè)量軸 線上，兩者的阿貝誤差很小，缺點(diǎn)是由于一臺(tái)干涉儀的近端是另一臺(tái)的遠(yuǎn)端，兩者光程不 等，受環(huán)境的干擾不同，空氣折射率對(duì)兩套激光干涉儀的光路影響不一致。
[0005]2011年，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院建立國(guó)內(nèi)首個(gè)80米大長(zhǎng)度激光干涉儀測(cè)量裝置(冷 玉國(guó)，陶磊，徐健.基于80m測(cè)量裝置的雙頻激光干涉儀系統(tǒng)精度及影響因素分析.計(jì)量與 測(cè)試技術(shù)，2011，38 (9):47-49)，采用的標(biāo)準(zhǔn)裝置是將三個(gè)Agilent5530型的長(zhǎng)距離雙頻激 光干涉儀并行擺放，成為三路激光干涉儀，被校準(zhǔn)的激光干涉儀擺放在它們中間，從而進(jìn)行 校準(zhǔn)校準(zhǔn)，此方案屬于并行式校準(zhǔn)方法的衍生方案，并且由于采用三路光同時(shí)測(cè)量，因此可 以補(bǔ)償測(cè)量時(shí)的阿貝誤差，但由于是三臺(tái)激光器并行擺放，因此三路標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光空間位置 較遠(yuǎn)，被校準(zhǔn)激光干涉儀的測(cè)量光距離每路標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光距離也較遠(yuǎn)，所有測(cè)量光路受環(huán)境 的影響不同，空氣折射率對(duì)所有測(cè)量光路影響不一致，造成校準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。
[0006]圖3是共光路式激光干涉儀校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖，共光路式與并行式激光干涉儀 校準(zhǔn)裝置不同的是兩臺(tái)激光器和接收器成90度折轉(zhuǎn)方式，兩套激光干涉儀共用干涉鏡組 和測(cè)量鏡。由于兩套激光干涉儀共用一個(gè)干涉鏡組和測(cè)量鏡，無法確定共用的干涉鏡組和 測(cè)量鏡是屬于標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀部件還是屬于被校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀部件，因此，不是準(zhǔn)確 意義上兩套激光干涉儀的校準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0007]1985 年，Dr-1ng H._H.Schussler 充分利用空間分布(Dr-1ng H.-H.Schussler.Comparison and calibration oflaser interferometer systems.Measurement，1985， 3(4):175-184),將多對(duì)線位移激光干涉儀進(jìn)行共光路校準(zhǔn)。由于只是增加共光路激光干涉儀的數(shù)量，所以此方法也有上面提到的共光路式激光干涉儀校準(zhǔn)裝置的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對(duì)上述現(xiàn)有線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)了形貌補(bǔ) 償式四光軸線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(cè)量光束與被校準(zhǔn)激光干涉 儀測(cè)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)。
[0009]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0010]一種形貌補(bǔ)償式四光軸線位移激光干涉儀校準(zhǔn)方法，該方法步驟如下:
[0011](I)標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀激光器的輸出光經(jīng)四軸中空激光干涉鏡組形成相互平行的 四條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束，四條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束以正四棱柱側(cè)棱分布形式入射到有中間孔的平面鏡 上，每條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束中帶有平面鏡位移信息的部分光被反射回四軸中空激光干涉鏡組 后，根據(jù)從四軸中空激光干涉鏡組中獲得的與四條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束分別對(duì)應(yīng)的四個(gè)干涉信 號(hào)，可以得到有中間孔的平面鏡沿標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束方向運(yùn)動(dòng)的四個(gè)位移值，每條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光 束的其余部分光經(jīng)有中間孔的平面鏡透射到四個(gè)光束位置探測(cè)器上；
[0012](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被校 準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束，被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束穿過四軸中空激光干涉鏡組的中間通 孔，與四條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束平行，并與每條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束的距離相等，被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量 光束入射到被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡上，在被反射回被校準(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(hào)，可以得到被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡沿標(biāo) 準(zhǔn)測(cè)量光束方向運(yùn)動(dòng)的位移值；
[0013](3)四條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束和被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)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(X1, Y1) > (x2, y2)、(x3, y3)、(x4, y4)和(x5, y5)，在目標(biāo)反射鏡 入射面上每條測(cè)量光束的初始入射位置坐標(biāo)經(jīng)過二維方向的坐標(biāo)位移(x，y)后，因目標(biāo)反 射鏡反射面形貌特征造成的位移測(cè)量值分別為函數(shù)Z1Ujx, Yi+y)、z2(x2+x, y2+y)、z3(x3+x, y3+y)、Z4(x4+x, y4+y)和 z5(x5+x, y5+y)；
[0014](4)運(yùn)動(dòng)臺(tái)沿標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中伴有在垂直于標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束平面 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)激光干涉儀四個(gè)測(cè) 量位移值和被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量位移值，分別為S1、S2、S3、S4和s5，四個(gè)光束位置探測(cè)器 同步探測(cè)到四條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)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 取四個(gè)坐標(biāo)位移值的算術(shù)平均值(X’，y’ )作為每條測(cè)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位移測(cè)量誤差補(bǔ)償?shù)綔y(cè)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，)、S4_z4(x4+x，, y4+y，)和 S5_z5(x5+x，，y5+y，),取 S1-Z1 (x#，，yjy，)、S2_z2 (x2+x，，y2+y，)、S3_z3 (x3+x，，y3+y，)和 S4_z4 (x4+x，，y4+y，)的平 均值與S5-z5(X5+X’，y5+y’ )作差，得到若干采樣測(cè)量誤差值。
[0015]一種形貌補(bǔ)償式四光軸線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 和四個(gè)配置在可接收標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀干涉信號(hào)位置上的接收器，導(dǎo)線將四個(gè)接收器分別與 標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀信號(hào)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(cè)量光束穿過的四軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組；四軸中空標(biāo)準(zhǔn)激 光干涉鏡組一側(cè)配置導(dǎo)軌，運(yùn)動(dòng)臺(tái)配裝在導(dǎo)軌上，在運(yùn)動(dòng)臺(tái)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)激光干涉儀反射鏡，被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡和有中間孔的平面 鏡組成入射面共面并且相對(duì)位置固定的目標(biāo)反射鏡；四個(gè)光束位置探測(cè)器配置在有中間孔 的平面鏡透射區(qū)域后面，且分別位于四條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束透射光路上；在四軸中空標(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(hào)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(hào)處理系統(tǒng)連接。
[0016]本發(fā)明具有以下特點(diǎn)及良好效果:
[0017](I)與并行式激光干涉儀校準(zhǔn)裝置相比，由于被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束通過四 軸中空激光干涉鏡組的中間通孔，被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光軸與平行標(biāo)準(zhǔn)光軸之間的垂直 距離更短，兩者的光路更加接近，因此兩套激光干涉儀校準(zhǔn)時(shí)阿貝誤差很小。
[0018](2)與面對(duì)面式激光干涉儀校準(zhǔn)裝置相比，在垂直于四條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束的平面內(nèi)， 由四條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束在該平面投影點(diǎn)構(gòu)成的正方形區(qū)域中，四條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束和被校準(zhǔn)激 光干涉儀測(cè)量光束受環(huán)境干擾的程度差異很小，四條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束的空氣折射率平均值接 近被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束的空氣折射率值。
[0019](3)與共光路式激光干涉儀校準(zhǔn)裝置相比，沒有共用干涉鏡組和測(cè)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)確意義上兩套激光干涉儀進(jìn)行校 準(zhǔn)。
[0020](4)四個(gè)光束位置探測(cè)器能夠測(cè)量出四條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束相對(duì)目標(biāo)反射鏡在垂直于 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)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(cè)量位移誤差補(bǔ)償?shù)骄€位移測(cè)量結(jié)果中，保證線位移測(cè)量值的準(zhǔn)確性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為并行式激光干涉儀校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖
[0022]圖2為面對(duì)面式激光干涉儀校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖
[0023]圖3為共光路式激光干涉儀校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖
[0024]圖4為形貌補(bǔ)償式四光軸線位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖
[0025]圖5為在有中間孔的平面鏡與被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡組成的目標(biāo)反射鏡的入 射面上光斑位置分布示意圖
[0026]圖中:1標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀激光器、2四軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組、3、4、5、6四條平行 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束、7有中間孔的平面鏡、8、9、10、11標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀接收器、12標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)處理 系統(tǒng)、13被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器、14被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組、15被校準(zhǔn)激光干涉儀 測(cè)量光束、16中間通孔、17被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡、18被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器、19被 校準(zhǔn)激光干涉儀信號(hào)處理系統(tǒng)、20運(yùn)動(dòng)臺(tái)、21導(dǎo)軌、22、23、24、25四個(gè)光束位置探測(cè)器、26、 27、28、29四條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束光斑位置、30被校準(zhǔn)激光干涉儀光束光斑位置。
【具體實(shí)施方式】[0027]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0028]一種形貌補(bǔ)償式四光軸線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和四個(gè)配置在可接收標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀干涉信號(hào)位置上的接收器8、9、10、11，導(dǎo)線將四個(gè) 接收器8、9、10、11分別與標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀信號(hào)處理系統(tǒng)12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16的可以讓被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束15穿過的四軸中空 標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組2 ;四軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組2 —側(cè)配置導(dǎo)軌21，運(yùn)動(dòng)臺(tái)20配裝在導(dǎo) 軌21上，在運(yùn)動(dòng)臺(tái)20上安裝有中間孔的平面鏡7，在平面鏡7中間孔內(nèi)安裝被校準(zhǔn)激光干 涉儀反射鏡17，被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡17和有中間孔的平面鏡7組成入射面共面并且 相對(duì)位置固定的目標(biāo)反射鏡；四個(gè)光束位置探測(cè)器22、23、24、25配置在有中間孔的平面鏡 7透射區(qū)域后面，且分別位于四條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5、6透射光路上；在四軸中空標(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14和被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器13， 所述被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組14位于被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器13輸出光路上；被校準(zhǔn) 激光干涉儀接收器18配置在可接收被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉信號(hào)的位置上，導(dǎo)線將被校準(zhǔn) 激光干涉儀接收器18與被校準(zhǔn)激光干涉儀信號(hào)處理系統(tǒng)19連接。
[0029]所述的四條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5、6和被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束15都與目 標(biāo)反射鏡入射面垂直。
[0030]所述的四軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組2的中間通孔16包括任意形狀，數(shù)目是一個(gè)或 一個(gè)以上。
[0031]所述的每條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5、6和被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束15分別被 有中間孔的平面鏡7和被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡17反射一次或一次以上。
[0032]所述的被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡17包括平面鏡、角錐棱鏡、直角棱鏡。
[0033]一種形貌補(bǔ)償式四光軸線位移激光干涉儀校準(zhǔn)方法，該方法步驟如下:
[0034](I)標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀激光器I的輸出光經(jīng)四軸中空激光干涉鏡組2形成相互平行 的四條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5、6，四條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5、6以正四棱柱側(cè)棱分布形式入射 到有中間孔的平面鏡7上，每條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束中帶有平面鏡7位移信息的部分光被反射回 四軸中空激光干涉鏡組2后，根據(jù)從四軸中空激光干涉鏡組2中獲得的與四條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光 束3、4、5、6分別對(duì)應(yīng)的四個(gè)干涉信號(hào)，可以得到有中間孔的平面鏡7沿標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、
5、6方向運(yùn)動(dòng)的四個(gè)位移值，每條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束的其余部分光經(jīng)有中間孔的平面鏡7透射 到四個(gè)光束位置探測(cè)器22、23、24、25上；
[0035](2)被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器13的輸出光經(jīng)被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組14形成 被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束15，被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束15穿過四軸中空激光干涉鏡 組2的中間通孔16，與四條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5、6平行，并與每條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束的距離相 等，被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束15入射到被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡17上，在被反射回被校 準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組14后，根據(jù)從被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組14中獲得的干涉信號(hào)，可 以得到被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡17沿標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5、6方向運(yùn)動(dòng)的位移值；
[0036](3)四條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5、6和被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束15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(X1, Y1) > (x2, y2)、(x3, y3)、(x4, y4)和(x5, y5), 在目標(biāo)反射鏡入射面上每條測(cè)量光束的初始入射位置坐標(biāo)經(jīng)過二維方向的坐標(biāo)位移(x，y) 后，因目標(biāo)反射鏡反射面形貌特征造成的位移測(cè)量值分別為函數(shù)Z1 (Xl+X，yi+y)>z2(x2+x,y2+y)、z3(x3+x, y3+y)、z4(x4+x, y4+y)和 z5(x5+x, y5+y)；
[0037](4)運(yùn)動(dòng)臺(tái)20沿標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5、6方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中伴有在垂直于標(biāo)準(zhǔn) 測(cè)量光束3、4、5、6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)激光干涉儀四個(gè)測(cè)量位移值和被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量位移值，分別為Sp S2, S3, S4和 S5,四個(gè)光束位置探測(cè)器22、23、24、25同步探測(cè)到四條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5、6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，求取四個(gè)坐標(biāo)位移值的算術(shù)平均值(x’，I’ ) 作為每條測(cè)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位移測(cè)量誤差 補(bǔ)償?shù)綔y(cè)量位移值中，得到 S1-Z1 h+x’，yfy’ )、S2-Z2 (x2+x，，y2+y，)、S3-Z3 (x3+x，，y3+y，)、 S4-Z4 (x4+x，，y4+y，)和 S5_z5(x5+x，，y5+y，)，取 S1-Z1 (xjx，，yjy，)、S2_z2 (x2+x，，y2+y，)、
S3-Z3(x3+x，, y3+y，)和 S4-Z4(x4+x，, y4+y，)的平均值與 S5_z5(x5+x，, y5+y，)作差,得到若 干采樣測(cè)量誤差值。
[0038]標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束光斑位置26、27、28、29依次分別是四條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5、6 入射到有中間孔的平面鏡7的位置，被校準(zhǔn)激光干涉儀光束光斑位置30是被校準(zhǔn)激光干涉 儀測(cè)量光束15入射被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡17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30處在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束光斑位置26、27、28、29的中心位置點(diǎn)，即四條平 行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5、6將被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束15夾持在中心位置。
【權(quán)利要求】
1.一種形貌補(bǔ)償式四光軸線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)四軸中空激光干涉鏡組形成相互平行的四條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束，四條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束以正四棱柱側(cè)棱分布形式入射到有中間孔的平面鏡上，每條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束中帶有平面鏡位移信息的部分光被反射回四軸中空激光干涉鏡組后，根據(jù)從四軸中空激光干涉鏡組中獲得的與四條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束分別對(duì)應(yīng)的四個(gè)干涉信號(hào)，可以得到有中間孔的平面鏡沿標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束方向運(yùn)動(dòng)的四個(gè)位移值，每條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束的其余部分光經(jīng)有中間孔的平面鏡透射到四個(gè)光束位置探測(cè)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被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束，被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束穿過四軸中空激光干涉鏡組的中間通孔，與四條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束平行，并與每條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束的距離相等，被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束入射到被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡上，在被反射回被校準(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(hào)，可以得到被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡沿標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束方向運(yùn)動(dòng)的位移值；(3)四條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束和被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)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(X1, Y1)、(x2, y2)、(x3, y3)、(x4, y4)和(x5, y5),在目標(biāo)反射鏡入射面上每條測(cè)量光束的初始入射位置坐標(biāo)經(jīng)過二維方向的坐標(biāo)位移(x，y)后，因目標(biāo)反射鏡反射面形貌特征造成的位移測(cè)量值分別為函數(shù)Z1 (xj+x, Yi+y)、z2(x2+x, y2+y)、z3(x3+x, y3+y)、 z4(x4+x, y4+y)和 z5(x5+x, y5+y)；(4)運(yùn)動(dòng)臺(tái)沿標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中伴有在垂直于標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束平面內(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)激光干涉儀四個(gè)測(cè)量位移值和被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量位移值，分別為Sp S2、S3、S4和S5，四個(gè)光束位置探測(cè)器同步探測(cè)到四條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)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，求取四個(gè)坐標(biāo)位移值的算術(shù)平均值(x’，y’ )作為每條測(cè)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位移測(cè)量誤差補(bǔ)償?shù)綔y(cè)量位移值中，得到S1-Z1Ujx' yi+y’)、 S2-Z2 (x2+x，, y2+y，)、S3-Z3 (x3+x，, y3+y，)、S4-Z4 (x4+x，, y4+y，)和 S5_z5 (x5+x，, y5+y，),取 S1-Z1 (x#，, yjy，)、S2_z2(x2+x，, y2+y')、S3_z3(x3+x，, y3+y，)和 S4_z4(x4+x，, y4+y，)的平均值與S5-Z5(x5+x’，y5+y’ )作差，得到若干采樣測(cè)量誤差值。
2.一種形貌補(bǔ)償式四光軸線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)和四個(gè)配置在可接收標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀干涉信號(hào)位置上的接收器(8、9、10、11)，導(dǎo)線將四個(gè)接收器(8、9、10、11)分別與標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀信號(hào)處理系統(tǒng)(12)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(16)的可以讓被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束(15)穿過的四軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組(2);四軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組(2) —側(cè)配置導(dǎo)軌(21)，運(yùn)動(dòng)臺(tái)(20)配裝在導(dǎo)軌(21)上，在運(yùn)動(dòng)臺(tái)(20)上安裝有中間孔的平面鏡 (7)，在平面鏡(7)中間孔內(nèi)安裝被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡(17)，被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡 (17)和有中間孔的平面鏡(7)組成入射面共面并且相對(duì)位置固定的目標(biāo)反射鏡；四個(gè)光束位置探測(cè)器(22、23、24、25)配置在有中間孔的平面鏡(7)透射區(qū)域后面，且分別位于四條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束(3、4、5、6)透射光路上；在四軸中空標(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(14)和被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器(13)，所述被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組(14)位于被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器(13)輸出光路上；被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器(18)配置在可接收被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉信號(hào)的位置上，導(dǎo)線將被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器(18)與被校準(zhǔn)激光干涉儀信號(hào)處理系統(tǒng)(19)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的形貌補(bǔ)償式四光軸線位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述的四條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束(3、4、5、6)和被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束(15)都與目標(biāo)反射鏡入射面垂直。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的形貌補(bǔ)償式四光軸線位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述的四軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組(2)的中間通孔(16)包括任意形狀，數(shù)目是一個(gè)或一個(gè)以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的形貌補(bǔ)償式四光軸線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(cè)量光束(3、4、5、6)和被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束(15)分別被有中間孔的平面鏡(7)和被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡(17)反射一次或一次以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的形貌補(bǔ)償式四光軸線位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述的被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡(17)包括平面鏡、角錐棱鏡、直角棱鏡。
【文檔編號(hào)】G01B9/02GK103499278SQ201310475491
【公開日】2014年1月8日 申請(qǐng)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(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)