[发明专利]平面度计量用干涉腔装置

说明书

技术领域

本发明属于光干涉计量领域中的平面度计量领域，具体是一种干涉腔环境条件控制技术。

背景技术

标准平晶是国家级基准物质，负责建立平面度基准，其测量不确定度要求达到0.01μm，因此国家标准《JJG28-2000平晶检定规程》中规定，24小时内温度变化不超过1℃，1小时内温度变化不超过0.1℃。而国内除了少数几家专业实验室外，各个省级计量院及其下属计量部门，均采用普通中央空调或小功率柜式空调进行室温调控，空调出风温度波动远超标准的要求。其次是在普通实验室中，还有一个更为严重的温度分层问题，从地面到天花板，温度变化可以接近1℃/m，而在光学平台表面由于金属层导温的影响，更有一层非均匀低温带。为此与计量相关的早期干涉仪（如检定一等量块的柯氏干涉仪、检定一等平晶的等倾干涉仪）均采用厚重的保温材料制造外壳，通过长时间的恒温（2小时）来保证腔内温度的稳定和均匀，这属于被动恒温，对室温及其波动均有较严格的要求。

在相移干涉仪出现后，自动化判读、非接触测量以及光路布置灵活成为其最大的优势。然而其在实验室、计量室大量装备的时候，在高精度计量上的使用却遇到的困难——市场上所有的相移干涉仪，均没有厚重外壳的保护，不适应对环境要求极高的计量需求。产生原因有二，首先是相移干涉仪本身电子器件多，内部的激光器、CCD、CMOS和各个电机均是热源；其次是相移干涉仪的功能多，干涉腔布置多变。因此相移干涉仪的干涉腔一般是敞开布置在光学平台上，直接受到室内环境影响。在业界有一种观点是相移干涉仪精度不如等倾干涉仪，其中的实验支撑依据也有很大一部分原因是恒温问题。因此很长的一段时间内，相移干涉仪难以发挥其高精密自动化测量的优势而成为计量干涉仪的主流。

在计量检定过程中，标准器的尺寸和型式是固定的，因此干涉腔的布置也是固定不变的。在过去的等倾干涉仪、柯氏干涉仪中，采用了厚实外壳的保温方法。但这种方法的缺点是在打开腔体与外界进行空气交流后，腔内温度再平衡慢，而且再平衡温度不一定与原来的温度一致，特别是在外界温度波动较大的情况下。

外壳水冷技术，一般用于大发热量的设备中。如大功率光纤激光器中的增益光纤盘散热底板、泵浦源散热底板，需要对付几百、上千瓦设备所发出的热量，其设计一般是单面、敞开式的。而配置的冷水机组功率大，温控精度为1℃。

发明内容

本发明的目的在于提供一种平面度计量用干涉腔装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种平面度计量用干涉腔装置，干涉腔的外围布置有围护板，其中一面开孔作为干涉仪准直光的通光孔；围护板分为内外两层，内层围护板内部均匀掏挖沿光轴方向相互平行的孔槽，孔槽内通恒温水流来平衡内外温度差异。

所述围护板的底板上依次放置PZT移相器、二维调整架和三维调整架，二维调整架底座和三维调整架底座与光轴方向垂直；二维调整架上夹持标准平晶，三维调整架上夹持待测平晶，光线从干涉仪出射，经标准平晶入射到待测平晶后被反射，反射光线与入射光线相遇产生干涉条纹。

本发明与现有技术相比，其显著优点：1)采用在干涉腔外围布置通20℃恒温水的铝合金围护封闭腔的结构，保证了±0.01℃的恒温测量环境。2)铝合金封闭腔可以隔离气流，减小气流扰动对测量精度的影响。3)铝合金封闭腔可以配合干涉仪抗振结构，以较小的代价达到标准平晶平面度检定的高精密环境条件要求。

附图说明

图1是本发明平面度计量用干涉腔装置的平面布置示意图。

图2是通水铝板的水道结构图与实物图。

图3恒温抗振干涉腔的三维设计图。

图4为干涉腔内装置的装配图。

具体实施方式

本发明是一组干涉腔装置。该装置在干涉腔的外围布置有围护板，维护板内部通20℃恒温水，保证在一般室温条件下获得干涉腔小空间环境下达到±0.01℃恒温且可隔离气流。作为主动恒温方案，还可配合干涉仪抗振结构，以较小的代价达到标准平晶平面度检定的高精密环境条件要求。

主要技术指标：适用相移干涉仪在普通实验室室温（15℃～25℃）的条件下使用，保障干涉仪测试区域（干涉腔）内部温度为20℃±0.1℃。测试对象为平面光学元件或球面光学元件，其调整架具有三维（x倾斜、y倾斜与z旋转）电控能力，可以在不打开干涉腔的情况下，完成一对平晶三次旋转位置的测量，极大地减少恒温实际和外界干扰。本发明尤其适合高精度绝对检验中使用，移相干涉测量时，空腔测试重复性PV优于2nm。