形貌補(bǔ)償式三光軸線位移激光干涉儀校準(zhǔn)方法與裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】形貌補(bǔ)償式三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(guò)三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三棱柱側(cè)棱形式分布的三條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束中心位置處；在垂直于三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束的平面內(nèi)，由三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束在該平面投影點(diǎn)構(gòu)成的等邊三角形區(qū)域中，三條標(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，三條標(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(zhuān)利說(shuō)明】形貌補(bǔ)償式三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(lái)校準(zhǔn)，當(dāng)兩者的精度相近時(shí)，即稱(chēng)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(guò)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(wú)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(wèn)題，本發(fā)明提出和研發(fā)了形貌補(bǔ)償式三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(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0010]一種形貌補(bǔ)償式三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)三軸中空激光干涉鏡組形成相互平行的三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束，三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束以正三棱柱側(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三軸中空激光干涉鏡組后，根據(jù)從三軸中空激光干涉鏡組中獲得的與三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束分別對(duì)應(yīng)的三個(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)的三個(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三個(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(guò)三軸中空激光干涉鏡組的中間通孔，與三條標(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)三條標(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(Xl，Y1) > (X2, y2)、(X3，y3)和(χ4，y4)，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(guò)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 (Xi+X, Yi+y)、Z2(x2+x, y2+y)、z3(x3+x, y3+y)和Z4 (x4+x, y4+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(guò)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)激光干涉儀三個(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和S4,三個(gè)光束位置探測(cè)器同步探測(cè)到三條標(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，求取三個(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，)和 S4_z4(x4+x，，y4+y，),取 S1-Z1Ujx' yjy，)、S2-Z2 (x2+x，，y2+y，)和 S3-Z3 (x3+x，，y3+y，)的平均值與 S4-Z4 (x4+x，, y4+y，)作差,得到若干采樣測(cè)量誤差值。
[0015]一種形貌補(bǔ)償式三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三個(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)線將三個(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(guò)的三軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組；三軸中空標(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；三個(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，且分別位于三條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束透射光路上；在三軸中空標(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(guò)三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，在垂直于三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束的平面內(nèi)，由三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束在該平面投影點(diǎn)構(gòu)成的等邊三角形區(qū)域中，三條標(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，三條標(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(méi)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)三個(gè)光束位置探測(cè)器能夠測(cè)量出三條標(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(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)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)償式三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、2三軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組、3、4、5三條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束、6有中間孔的平面鏡、7、8、9標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀接收器、10標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)處理系統(tǒng)、11被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器、12被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組、13被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束、14中間通孔、15被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡、16被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器、17被校準(zhǔn)激光干涉儀信號(hào)處理系統(tǒng)、18運(yùn)動(dòng)臺(tái)、19導(dǎo)軌、20、21、22三個(gè)光束位置探測(cè)器、23、24、25三條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束光斑位置、26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)償式三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和三個(gè)配置在可分別接收三條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5對(duì)應(yīng)的干涉信號(hào)位置上的接收器7、8、9，導(dǎo)線將三個(gè)接收器7、8、9分別與標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀信號(hào)處理系統(tǒng)10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14的可以讓被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束13穿過(guò)的三軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組2 ;三軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組2—側(cè)配置導(dǎo)軌19，運(yùn)動(dòng)臺(tái)18配裝在導(dǎo)軌19上，在運(yùn)動(dòng)臺(tái)18上安裝有中間孔的平面鏡6，在平面鏡6中間孔內(nèi)安裝被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡15，被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡15和有中間孔的平面鏡6組成入射面共面并且相對(duì)位置固定的目標(biāo)反射鏡；三個(gè)光束位置探測(cè)器20、21、22配置在有中間孔的平面鏡6透射區(qū)域后面，且分別位于三條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5透射光路上；在三軸中空標(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12和被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器11，所述被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組12位于被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器11輸出光路上；被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器16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16與被校準(zhǔn)激光干涉儀信號(hào)處理系統(tǒng)17連接。
[0029]所述的三條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5和被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束13都與目標(biāo)反射鏡入射面垂直。
[0030]所述的三軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組2的中間通孔14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和被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束13分別被有中間孔的平面鏡6和被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡15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15包括平面鏡、角錐棱鏡、直角棱鏡。
[0033]一種形貌補(bǔ)償式三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)三軸中空激光干涉鏡組2形成相互平行的三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5，三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5以正三棱柱側(cè)棱分布形式入射到有中間孔的平面鏡6上，每條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束中帶有平面鏡6位移信息的部分光被反射回三軸中空激光干涉鏡組2后，根據(jù)從三軸中空激光干涉鏡組2中獲得的與三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、
4、5分別對(duì)應(yīng)的三個(gè)干涉信號(hào)，可以得到有中間孔的平面鏡6沿標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5方向運(yùn)動(dòng)的三個(gè)位移值，每條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5的其余部分光經(jīng)有中間孔的平面鏡6透射到三個(gè)光束位置探測(cè)器20、21、22上；
[0035](2)被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器11的輸出光經(jīng)被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組12形成被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束13，被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束13穿過(guò)三軸中空激光干涉鏡組2的中間通孔14，與三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5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13入射到被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡15上，在被反射回被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組12后，根據(jù)從被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組12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15沿標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5方向運(yùn)動(dòng)的位移值；
[0036](3)三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5和被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束13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(Xl，yi)、(x2，y2)、(χ3, y3)和(x4，y4)，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(guò)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)Z1U^x, Yi+y)、Z2 (x2+x, y2+y)、Z3 (x3+x, y3+y) Z4 (x4+x, y4+y)；
[0037](4)運(yùn)動(dòng)臺(tái)18沿標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中伴有在垂直于標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5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)激光干涉儀三個(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31、32、33和S4，三個(gè)光束位置探測(cè)器20、21、22同步探測(cè)到三條標(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，求取三個(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 (x^x’di+y，)、S2-Z2 (x2+x ’，y2+y’ )、S3-Z3 (x3+x，，y3+y’ )和 S4-Z4 (x4+x，，y4+y，),取S1-Z1 (x!+x，，y!+y’ )、S2-Z2 (x2+x，，y2+y，)和 S3-Z3 (x3+x，，y3+y，)的平均值與 S4-Z4 (x4+x，，y4+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23、24、25依次分別是三條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5入射到有中間孔的平面鏡6的位置，被校準(zhǔn)激光干涉儀光束光斑位置26是被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束13入射被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡15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26處在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束光斑位置23、24、25的中心位置點(diǎn)，即三條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束3、4、5將被校準(zhǔn)`激光干涉儀測(cè)量光束13夾持在中心位置。
【權(quán)利要求】
1.一種形貌補(bǔ)償式三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)三軸中空激光干涉鏡組形成相互平行的三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束，三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束以正三棱柱側(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三軸中空激光干涉鏡組后，根據(jù)從三軸中空激光干涉鏡組中獲得的與三條標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束分別對(duì)應(yīng)的三個(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)的三個(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三個(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(guò)三軸中空激光干涉鏡組的中間通孔，與三條標(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)三條標(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U1, yi)、(x2，y2)、(χ3, y3)和(x4，y4)，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(guò)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 (Xi+X, Yi+y)、Z2 (x2+x, y2+y)、z3(x3+x, y3+y)和Z4 (x4+x, y4+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(guò)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)激光干涉儀三個(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和S4，三個(gè)光束位置探測(cè)器同步探測(cè)到三條標(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，求取三個(gè)坐標(biāo)位移值的算術(shù)平均值U’，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，)和 S4_z4(x4+x，，y4+y，),取 S1-Z1 (x^x' , yjy，)、S2-Z2 (x2+x，，J2jTJ,)和 S3-Z3 (x3+x，，y3+y，)的平均值與 S4-Z4 (x4+x，, y4+y，)作差,得到若干采樣測(cè)量誤差值。
2.一種形貌補(bǔ)償式三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)和三個(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(7、8、9)，導(dǎo)線將三個(gè)接收器(7、8、9)分別與標(biāo)準(zhǔn)激光干涉儀信號(hào)處理系統(tǒng)(10)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(14)的可以讓被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束(13)穿過(guò)的三軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組(2);三軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組(2) —側(cè)配置導(dǎo)軌(19)，運(yùn)動(dòng)臺(tái)(18)配裝在導(dǎo)軌(19)上，在運(yùn)動(dòng)臺(tái)(18)上安裝有中間孔的平面鏡(6)，在平面鏡(6)中間孔內(nèi)安裝被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡(15)，被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡(15)和有中間孔的平面鏡(6)組成入射面共面并且相對(duì)位置固定的目標(biāo)反射鏡；三個(gè)光束位置探測(cè)器(20、21、22)配置在有中間孔的平面鏡(6)透射區(qū)域后面，且分別位于三條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束(3、4、5)透射光路上；在三軸中空標(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(12)和被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器(11)，所述被校準(zhǔn)激光干涉儀干涉鏡組(12)位于被校準(zhǔn)激光干涉儀激光器(11)輸出光路上；被校準(zhǔn)激光干涉儀接收器(16)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(16)與被校準(zhǔn)激光干涉儀信號(hào)處理系統(tǒng)(17)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的形貌補(bǔ)償式三光軸線位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述的三條平行標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量光束(3、4、5)和被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束(13)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)償式三光軸線位移激光干涉儀校準(zhǔn)裝置，其特征在于所述的三軸中空標(biāo)準(zhǔn)激光干涉鏡組(2)的中間通孔(14)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)償式三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)和被校準(zhǔn)激光干涉儀測(cè)量光束(13)分別被有中間孔的平面鏡(6)和被校準(zhǔn)激光干涉儀反射鏡(15)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)償式三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(15)包括平面鏡、角錐棱鏡、直角棱鏡。
【文檔編號(hào)】G01B11/02GK103528526SQ201310475524
【公開(kāi)日】2014年1月22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】譚久彬, 胡鵬程, 毛帥 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)