一种波长修正式多光束角阶梯反射镜激光干涉仪及其测量方法_4

文档序号:9748464阅读:来源:国知局
br>[0067] 类似的,当测量角反射镜7移动3λ/8时,使激光束一 11分成的两束激光光程差值增 加3λ/4时,其他激光束的激光光程差也相应增加3λ/4,此时激光束四14发出的激光分成两 路的光程差值则变为aA,其激光分成的两路光路将处于最强干涉状态,通过光电探测器件 四54可以测量出激光最强干涉状态。
[0068] 再次,当测量角反射镜7移动λ/2时,使激光束一 11分成的两束激光光程差值增加 λ 时,其他激光束的激光光程差也相应增加 λ,激光束一 11所对干涉光路又将处于最强干涉状 态,通过光电探测器件一 11可以测量出激光最强干涉状态。因此,对于四阶梯平面激光反射 结构所对应的激光干涉仪所对应的测量精度就为λ/8,即测量角反射镜7位移等于或大于λ/ 8,相应的光电探测器组5即能够观测出激光源1发射的四束激光的光路的干涉状态明显变 化。
[0069] 因此,增加固定阶梯平面角反射镜3的阶梯反射平面数量可以提高测量精度,当采 用8阶梯反射平面的激光反射镜结构,所对应的激光干涉仪所对应的测量精度则为λ/16,当 采用η阶梯反射平面的固定阶梯平面角反射镜3结构时,该激光干涉仪的测量精度就相应变 为λ/2η。
[0070] 由于采用多光路干涉测量,测量过程中,各光电探测器探测到的直流电平应该交 替变化,如果某一光路的测量环境的变化造成光电探测器测量的直流电平发生偏移,而其 它测量光路的光电探测器探测到的直流电平没有发生交替变化,此时认为该测量光路是受 到测量环境的影响,忽略其电平变化。如果多条光路的测量环境的变化造成多个光电探测 器测量的直流电平发生偏移,则认为测量环境发生变化,忽略其电平变化。仅仅对于测量过 程中严格满足多光路干涉状态交替变化的情况才对其进行计数,即多光路干涉测量中引入 交流信号,将传统的激光干涉测量中直流电平的测量转换为交流信号的测量,提高了干涉 仪的抗干扰能力。
[0071] 本实施例中,由于将测量角反射镜7设置在精密位移装置6上,而精密位移装置6设 置在被测物体12上,当被测物体12发生位移时,被测物体12带动精密位移装置6,进而带动 测量角反射镜7,如此,当被测物体12发生位移时,在位移过程中,本发明所述激光干涉仪对 应的各激光干涉光路的干涉状态也随之变化,开始测量工作前,启动精密位移装置6,使测 量角反射镜7产生位移,所述测量角反射镜7的位移方向与被测物体12的位移方向在同一直 线上,当光电探测器组5中任意一个光电探测器检测到最强相长干涉时,停止精密位移装置 6,并将光电探测器组5中所有光电探测器计数清零,然后再开始测量被测物体12的位移,对 应的各激光干涉光路的干涉状态变化过程中,光电探测器组5各光电探测器记录最强相长 干涉的总次数Ν,当被测物体12移动结束,处于静止状态时,光电探测器组5停止计数;此时, 通过精密位移装置6使测量角反射镜7在被测物体12的位移方向上移动,并观测光电探测器 组5,当光电探测器组5中任意一个光电探测器检测到最强相长干涉时,停止精密位移装置 6,并读取精密位移装置6为测量角反射镜7提供的位移值AL。
[0072]若位移AL与被测物体12的位移方向相同,则,被测物体12实际产生的位移值L = Ν Χλ/(2η) + (λ/(2η)-Λυ,其中Λ?<λ/(2η),式中λ为激光波长;
[0073]而,若位移AL与被测物体12的位移方向相反,则,被测物体12实际产生的位移值L = ΝΧλ/(2η)+Λ?,其中Λ?<λ/(2η),式中λ为激光波长。
[0074]如此,通过上述结构,将被测物体12实际位移中超出激光波长λ/(2η)的部分AL也 测量出来并补充到位移检测结果中,进而使得本申请的激光干涉仪所测量得到的位移结果 更加精确,其精度高于半个激光波长,具体取决于精密位移装置6所能提供的位移精度。 [0075]实施例2,
[0076] 如图1、4所示,如实施例1所述的激光干涉仪,所述精密位移装置6包括支撑平台8 和设置在所述支撑平台8上的驱动装置9,所述支撑平台8与所述被测物体12相配合,所述驱 动装置9为所述测量角反射镜7提供在被测物体12位移方向上的位移,所述驱动装置9为压 电陶瓷型驱动装置。
[0077] 在本实施例中,采用的压电陶瓷型驱动装置9为能够将机械能和电能互相转换的 功能陶瓷材料,其在电场作用下产生的形变量很小,最多不超过本身尺寸的千万分之一的 微小位移,具有良好的往复形变恢复能力,稳定性好、精度尚,进一步提尚了本实施例中精 密位移装置6的精度。
[0078]实施例3,
[0079] 如图1、4所示,如实施例2所述的激光干涉仪,所述精密位移装置6还包括设置在所 述支撑平台8上的第一位移件13和设置在所述第一位移件13上的第二位移件14,所述驱动 装置9与所述第一位移件13相配合,为所述第一位移件13提供沿所述支撑平台8的位移,所 述第一位移件13具有一相对于其位移方向倾斜的斜面15,所述第二位移件14滑动设置在所 述第一位移件13的斜面15上,使所述第二位移件14可沿所述第一位移件13的斜面15滑动, 所述第一位移件13与第二位移件14之间贴紧配合,所述测量角反射镜7设置在所述第二位 移件14上,所述支撑平台8上还设置有约束装置10,所述约束装置10限制所述第二位移件14 沿所述第一位移件13位移方向上的运动,使得当第一位移件13被所述驱动装置9带动而产 生位移时,所述第二位移件14被所述第一位移件13带动而产生位移,并且,所述第二位移件 14的位移方向与所述第一位移件13的位移方向相垂直,所述第一位移件13的斜面15与其位 移方向的夹角为A度,优选0〈A〈45。
[0080] 在实施例中,驱动装置9与第一位移件13相配合,为第一位移件13提供沿支撑平台 8的位移,第一位移件13具有一相对于其位移方向倾斜的斜面15,第二位移件14滑动设置在 第一位移件13的斜面15上,使第二位移件14可沿第一位移件13的斜面15滑动,在精密位移 装置6工作时,驱动装置9提供一定的位移量推动第一位移件13,此时,由于约束装置10限制 第二位移件14沿第一位移件13位移方向上的运动,使第二位移件14的位移方向与第一位移 件13的位移方向相垂直,如此,第二位移件14的位移量与驱动装置9为第一位移件13提供的 位移量相关,还与第一位移件13的斜面15与其位移方向的夹角相关。
[0081] 即,设第一位移件13的斜面15与其位移方向的夹角为A度,当驱动装置9提供的位 移量为X时,第二位移件14在垂直于驱动装置9运动方向上产生的位移量即为Y = Xtan(A)。 优选地是,当夹角A小于45度时,将得到一个小于X值的位移量,当进一步的减小夹角A时,位 移量Y也随之减小,如此,使得在本实施例中,精密位移装置6通过以行程换精度的方式,直 接提高了本实施例精密位移装置6的精度,也就进一步的提高了本实施例激光干涉仪的测 量精度。
[0082] 实施例4,
[0083]如图4所示,如实施例3所述的激光干涉仪,所述第一位移件13与所述支撑平台8之 间还设置有具有磁性的磁性件11,所述第二位移件14具有磁性,所述第二位移件14与所述 磁性件11为异性相吸状态,所述第二位移件14与所述测量角反射镜7为一体式结构。使得第 一位移件13在被推动时,测量角反射镜7能够保持与第二位移件14紧密贴合,保证本申请精 密位移装置6的精度,进而保证本申请激光干涉仪的测量精度,第二位移件14与测量角反射 镜7为一体式结构,也就是说,直接在第二位移件14上设置一反射面,使其本身形成测量角 反射镜7,如此,简化了本实施例激光干涉仪的结构,方便调试和使用。
[0084] 实施例5,
[0085]如图1、4所示,一种用于上述波长修正式多光束角阶梯反射镜激光干涉仪的测量 方法,其包括有下述步骤:
[0086] 步骤一:安装波长修正式多光束角阶梯反射镜激光干涉仪;
[0087] 步骤二:将测量角反射镜装置4设置在被测物体12上;
[0088]步骤三:调试波长修正式多光束角阶梯反射镜激光干涉仪,使形成符合要求的光 路,并且使每一个条干涉光路都处于干涉状态;
[0089] 步骤四:开始测量工作前,启动精密位移装置6,使测量角反射镜7产生位移,所述 测量角反射镜7的位移方向与被测物体12的位移方向在同一直线上,当光电探测器组5中有 任意一个检测到最强相长干涉时,停止精密位移装置6,并将光电探测器组5计数清零;
[0090] 步骤五:开始测量工作,被测物体12开始移动,光电探测器组5中所有光电探测器 记录对应干涉光路的最强相长干涉的总次数N;
[0091 ]步骤六:被测物体
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