[发明专利]四光轴补偿及气浴式角位移激光干涉仪校准方法与装置

摘要

四光轴补偿及气浴式角位移激光干涉仪校准方法与装置属于激光测量技术领域，本发明将被校准激光干涉仪四条测量光束穿过四轴中空激光干涉镜组的中间通孔，四条被校准激光干涉仪测量光束平行置于四条平行标准测量光束中间位置；标准测量光束与被校准激光干涉仪测量光束垂直距离很小，标准测量光束与被校准激光干涉仪测量光束空气折射率值非常接近；气浴装置形成的稳定气浴环境使空气温度、湿度和气压近似均匀分布，使标准测量光束与被校准激光干涉仪测量光束空气折射率值更加接近；目标反射镜反射面表面形貌造成的测量位移误差补偿到角位移测量结果中，保证角位移测量值的准确性。

主权项

一种四光轴补偿及气浴式角位移激光干涉仪校准方法，其特征在于该方法步骤如下：(1)标准激光干涉仪激光器的输出光经四轴中空激光干涉镜组形成相互平行的四条标准测量光束，并都入射到有中间孔的平面镜上，在垂直于四条标准测量光束的平面内，第一条与第二条标准测量光束投影位置点之间的连接线段M长为A，第三条与第四条标准测量光束投影位置点之间的连接线段N长为B，两连接线段相交，每条标准测量光束中带有平面镜位移信息的部分光被反射回四轴中空激光干涉镜组后，根据从四轴中空激光干涉镜组中获得的干涉信号，得到连接线段M所在直线与连接线段N所在直线分别与有中间孔的平面镜入射面夹角的变化值arctan((a1‑a2)/A)、arctan((b1‑b2)/B)，其中，a1、a2、b1和b2分别为有中间孔的平面镜上第一条、第二条、第三条和第四条标准测量光束入射区域的线位移测量值，每条标准测量光束的其余部分光经有中间孔的平面镜透射到四个光束位置探测器上；(2)被校准激光干涉仪激光器的输出光经被校准激光干涉仪干涉镜组形成相互平行的四条被校准激光干涉仪测量光束，被校准激光干涉仪四条测量光束都穿过四轴中空激光干涉镜组的中间通孔，与四条标准测量光束平行，并都入射到被校准激光干涉仪平面反射镜上，在垂直于四条标准测量光束的平面内，第一条与第二条被校准激光干涉仪测量光束投影位置点之间的连接线段m长为C，第三条与第四条被校准激光干涉仪测量光束投影位置点之间的连接线段n长为D，连接线段m与连接线段M共线，连接线段n与连接线段N共线，四条带有被校准激光干涉仪平面反射镜位移信息的被校准激光干涉仪测量光束反射回被校准激光干涉仪干涉镜组后，根据从被校准激光干涉仪干涉镜组中获得的干涉信号，得到连接线段m所在直线与连接线段n所在直线分别与被校准激光干涉仪平面反射镜入射面夹角的变化值arctan((c1‑c2)/C)、arctan((d1‑d2)/D)，其中，c1、c2、d1和d2分别为被校准激光干涉仪平面反射镜上第一条、第二条、第三条和第四条被校准激光干涉仪测量光束入射区域的线位移测量值；(3)气浴装置沿垂直于四条标准测量光束方向吹送匀速气流，形成稳定的气浴环境，在垂直于四条标准测量光束的平面，由四条标准测量光束在该平面投影点构成的四边形区域内，气浴环境使空气温度、湿度和气压均匀分布，使标准测量光束与被校准激光干涉仪测量光束空气折射率值更加接近；(4)第一条、第二条、第三条、第四条标准测量光束和第一条、第二条、第三条和第四条被校准激光干涉仪测量光束在目标反射镜入射面上各自的初始入射位置坐标分别为(x1，y1)、(x2,y2)、(x3，y3)、(x4,y4)、(x5,y5)、(x6,y6)、(x7,y7)和(x8,y8)，在目标反射镜入射面上每条测量光束的初始入射位置坐标经过二维方向的坐标位移(x，y)后，因目标反射镜反射面形貌特征造成的线位移测量值分别为函数z1(x1+x,y1+y)、z2(x2+x,y2+y)、z3(x3+x,y3+y)、z4(x4+x,y4+y)、z5(x5+x,y5+y)、z6(x6+x,y6+y)、z7(x7+x,y7+y)和z8(x8+x,y8+y)，运动台进行任意旋转方向的小角 度偏摆并伴有在垂直于标准测量光束的平面内任意二维方向的衍生位移，以匀速或非匀速采样速率，同步采样标准激光干涉仪夹角变化值arctan((a1‑a2)/A)、arctan((b1‑b2)/B)和被校准激光干涉仪夹角变化值arctan((c1‑c2)/C)、arctan((d1‑d2)/D)，四个光束位置探测器同步探测到四条标准测量光束光斑在目标反射镜入射面上二维方向的衍生坐标位移值，求取四个坐标位移值的算术平均值(x’，y’)作为每条测量光束的衍生坐标位移值，将目标反射镜反射面形貌特征造成的线位移测量误差补偿到夹角变化值中，得到arctan{[(a1‑z1(x1+x',y1+y'))‑(a2‑z2(x2+x’，y2+y’))]/A}、arctan{[(b1‑z3(x3+x'，y3+y’))‑(b2‑z4(x4+x，y4+y’))]/B}和arctan{[(c1‑z5(x5+x'，y5+y’))‑(c2‑z6(x6+x'，y6+y’))]/C}、arctan{[(d1‑z7(x7+x’，y7+y’))‑(d2‑z8(x8+x'，y8+y’))]/D}，最终得到两组角位移校准测量误差值arctan{[(a1‑z1(x1+x',y1+y'))‑(a2‑z2(x2+x'，y2+y’))]/A}‑arctan{[(c1‑z5(x5+x',y5+y'))‑(c2‑z6(x6+x'，y6+y’))]/C}和arctan{[(b1‑z3(x3+x'，y3+y’))‑(b2‑z4(x4+x',y4+y'))]/B}‑arctan{[(d1‑z7(x7+x'，y7+y’))‑(d2‑z8(x8+x',y8+y'))]/D}。