一种对比式抗干扰阶梯型角反射镜激光干涉仪及标定方法和测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种精密测试技术及仪器领域，特别涉及一种对比式抗干扰阶梯型角反射镜激光干涉仪及标定方法和测量方法。
【背景技术】
[0002]激光器的出现，使古老的干涉技术得到迅速发展，激光具有亮度高、方向性好、单色性及相干性好等特点，激光干涉测量技术已经比较成熟。激光干涉测量系统应用非常广泛:精密长度、角度的测量如线纹尺、光栅、量块、精密丝杠的检测；精密仪器中的定位检测系统如精密机械的控制、校正；大规模集成电路专用设备和检测仪器中的定位检测系统；微小尺寸的测量等。目前，在大多数激光干涉测长系统中，都采用了迈克尔逊干涉仪或类似的光路结构，比如，目前常用的单频激光干涉仪。
[0003]单频激光干涉仪是从激光器发出的光束，经扩束准直后由分光镜分为两路，并分别从固定反射镜和可动反射镜反射回来会合在分光镜上而产生干涉条纹。当可动反射镜移动时，干涉条纹的光强变化由接收器中的光电转换元件和电子线路等转换为电脉冲信号，经整形、放大后输入可逆计数器计算出总脉冲数N，再由电子计算机按计算式L = NX λ/2，式中λ为激光波长，算出可动反射镜的位移量L。
[0004]在实际使用中，本申请的发明人发现，上述的测量结构和测量方法依然存在着不足:
[0005]目前的单频激光干涉仪还存在受环境影响严重的问题，激光干涉仪可动反光镜移动时，干涉条纹的光强变化由接收器中的光电转换元件和电子线路等转换为电脉冲信号，当为最强相长干涉时，信号超过计数器的触发电平被记录下来，如果环境发生变化，比如空气湍流，空气中杂质增多，机床油雾，加工时的切削肩对激光束的影响，使得激光束的强度降低，此时，即使是出现最强相长干涉，也有可能强度低于计数器的触发电平而不被计数。
[0006]所以，基于上述不足，目前亟需一种即能够抗环境干扰，又能够提高测量精度的激光干涉仪。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于针对目前激光干涉仪抗环境干扰能力差的不足，提供一种能够抗环境干扰的激光干涉仪。
[0008]为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案:
[0009]—种对比式抗干扰阶梯型角反射镜激光干涉仪，包括有激光源、阶梯型角反射镜、干涉测量光电探测器组、移动角反射镜和分光镜组，所述激光源向所述分光镜组射出ζ束激光束，其中ζ为大于或者等于2的正整数，所述干涉测量光电探测器组包括有ζ个干涉测量光电探测器，每一个干涉测量光电探测器与一束激光束相对应，各激光束经所述分光镜组后分为第一激光束组和第二激光束组，所述第一激光束组射向所述阶梯型角反射镜，经所述阶梯型角反射镜反射后再次射向所述分光镜组，再经所述分光镜组后射向所述干涉测量光电探测器组，所述第二激光束组射向所述移动角反射镜，经所述移动角反射镜反射后再次射向所述分光镜组，经所述分光镜组后相对应的与射向所述干涉测量光电探测器组的第一激光束组发生干涉，形成干涉激光束组，干涉激光束组的各干涉光束分别射向各自对应的所述干涉测量光电探测器，所述对比式抗干扰阶梯型角反射镜激光干涉仪还包括有反射测量光电探测器组，所述反射测量光电探测器组包括有Z个反射测量光电探测器，所述第二激光束组在由所述移动角反射镜射向所述分光镜组后还形成有反射激光束组，所述反射激光束组的各激光束分别射向一个所述反射测量光电探测器。
[0010]作为进一步的优选方案，所述分光镜组包括有第一分光镜和第二分光镜，所述激光源射出的ζ束激光束先射到第一分光镜，经第一分光镜反射形成第一激光束组，经第一分光镜透射形成第二激光束组，第一激光束组射向所述阶梯型角反射镜，经反射后再次射向所述第一分光镜，然后再透射过所述第一分光镜，所述第二激光束组射向所述移动角反射镜，经所述移动角反射镜反射后射向所述第二分光镜，经所述第二分光镜透射后射向所述第一分光镜，并且与从所述第一分光镜透射出的第一激光束组发生干涉，形成干涉激光束组后射向所述干涉测量光电探测器组，由所述移动角反射镜射向所述第二分光镜的所述第二激光束组还被所述第二分光镜反射形成所述反射激光束组。
[0011]本申请的激光干涉仪，由于反射测量光电探测器组可以测量移动角反射镜反射激光束组的强度，根据反射激光束组的强度确定激光干涉光束的干涉状态，如此实现抗环境干扰的目的。
[0012]作为进一步的优选方案，在所述激光源、阶梯型角反射镜、干涉测量光电探测器组、分光镜组、反射测量光电探测器组中任意两个之间的激光束设置在封闭空间内而不与外部环境空间接触。在本申请中，激光源、阶梯型角反射镜、干涉测量光电探测器组、分光镜组和反射测量光电探测器组这些部件任意两个之间的激光束设置在封闭空间内，使得在进行测量的过程中，上述这些部件之间的激光束并不会受到环境因素的影响，进而保证了本申请激光干涉仪的测量精度。
[0013]作为进一步的优选方案，所述分光镜组与所述移动角反射镜之间的激光束暴露在环境空气之中。在实际使用时，移动角反射镜设置在被测物体上，随被测物体运动，所以在本申请中，将分光镜组与移动角反射镜之间的激光束暴露在环境空气之中，首先是使得本申请激光干涉仪结构简单，同时还方便本申请激光干涉仪的布置。
[0014]本申请还公开了一种用于上述激光干涉仪结构的标定方法，
[0015]—种用于上述对比式抗干扰阶梯型角反射镜激光干涉仪的标定方法，包括下述步骤:
[0016]步骤一、位置调整:调整好激光源、阶梯型角反射镜、分光镜组、干涉测量光电探测器组、反射测量光电探测器组和移动角反射镜的位置；
[0017]步骤二、调整光路:启动所述激光源，进一步精确调整阶梯型角反射镜、分光镜组、干涉测量光电探测器组、反射测量光电探测器组和移动角反射镜的位置，使激光干涉仪的光路达到设计要求；
[0018]步骤三、生成最强干涉数据库:选取干涉测量光电探测器组中的一个干涉测量光电探测器作为标定干涉测量光电探测器，选取反射测量光电探测器组中的一个反射测量光电探测器作为标定反射测量光电探测器，所述标定干涉测量光电探测器与所述标定反射测量光电探测器与所述激光源射出的同一束激光束相对应，在空气洁净的环境下移动所述移动角反射镜，当射向所述标定干涉测量光电探测器的干涉光束为最强相长干涉时固定所述移动角反射镜，记录此时标定反射测量光电探测器读数和标定干涉测量光电探测器读数，改变空气环境使所述标定反射测量光电探测器读数变化，同时记录若干个标定反射测量光电探测器读数以及对应的标定干涉测量光电探测器读数，得到最强干涉数据库。
[0019]作为进一步的优选方案，重复所述步骤三，每次选取不同的标定反射测量光电探测器和标定干涉测量光电探测器，得到ζ个最强干涉数据库。由于重复了步骤三，得到ζ个最强干涉数据库，直接增加的数据库的数量，更加利于检测过程中数据的匹配查询，并且，实现多波长激光源、阶梯型角反射镜和ζ个最强干涉数据库之间的相互协同，提高激光干涉仪的测量精度。
[0020]本申请的激光干涉仪结构以及标定方法，在最强相长干涉时，改变测量环境，记录标定反射测量光电探测器读数和标定干涉测量光电探测器读数形成最强干涉数据库，在实际测量过程中，如果存在由于环境因素而导致干涉测量光电探测器组不能够正常检测到最强相长干涉时，可以根据标定反射测量光电探测器读数和标定干涉测量光电探测器读数与最强干涉数据库中的数据进行比对，如果存在有匹配数据，则该位置为最强相长干涉，如此使得本申请的激光干涉仪实现抗环境干扰的能力。
[0021]作为进一步的优选方案，还包括有步骤四、生成最弱干涉数据库:在空气洁净的环境下移动所述移动角反射镜，当射向所述标定干涉测量光电探测器的干涉光束为最弱相消干涉时固定所述移动角反射镜，记录此时标定反射测量光电探测器读数和标定干涉测量光电探测器读数，改变空气环境使所述标定反射测量光电探测器读数变化，同时记录若干个标定反射测量光电探测器读数以及对应的标定干涉测量光电探测器读数，得到最弱干涉数据库。
[0022]作为进一步的优选方案，重复所述步骤四，每次选取不同的标定反射测量光电探测器和标