基于角錐棱鏡的激光干涉位移測(cè)量誤差分析

王亮亮,商正君,楊海馬,楊美婷,楊 靜,趙建海,于 涌,3

(1.中國(guó)科學(xué)院 上海天文臺(tái)，上海 200030；2.上海理工大學(xué)，上海 200093；3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049)

0 引言

激光干涉測(cè)量技術(shù)由于具有測(cè)量精度高、測(cè)量范圍廣和分辨率高等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在微電子、超精密加工和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等許多領(lǐng)域的精密測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用[1]。

使用干涉測(cè)量技術(shù)，不僅可以對(duì)線位移、線速度、角度和直線度等物理量進(jìn)行測(cè)量，還可以對(duì)電容和電感類位移傳感器進(jìn)行標(biāo)定，具備光柵尺等傳統(tǒng)測(cè)量方式所不具備的優(yōu)勢(shì)[2]。按照Michelson干涉原理建立的激光干涉位移測(cè)量系統(tǒng)，在測(cè)量光路反射鏡的選擇上存在平面鏡和角錐棱鏡兩種方式。如美國(guó)Agilent公司的干涉儀產(chǎn)品主要采用平面鏡反射方式，英國(guó)Renishaw公司的干涉儀則選用角錐棱鏡反射方式。

使用激光干涉原理進(jìn)行線性位移測(cè)量時(shí)，測(cè)量精度主要受到3個(gè)方面影響[3]：(1)環(huán)境因素的不穩(wěn)定，包括測(cè)量環(huán)境的溫度變化、濕度變化和氣壓變化引起的空氣折射率變化、被測(cè)件的熱膨脹，以及空氣擾動(dòng)和地面振動(dòng)引起測(cè)量光路波動(dòng)而產(chǎn)生的測(cè)量誤差。(2)幾何測(cè)量誤差，包括被測(cè)件線性運(yùn)動(dòng)過程中姿態(tài)角度和直線度等自由度、阿貝和余弦引起的測(cè)量誤差。(3)系統(tǒng)誤差，主要指測(cè)量系統(tǒng)本身固有的誤差，如激光頻率穩(wěn)定性、電子噪聲以及測(cè)量部件如平面鏡或角錐棱鏡等光學(xué)加工誤差引起的測(cè)量誤差。

為實(shí)現(xiàn)高精度干涉線性位移測(cè)量，需對(duì)干涉測(cè)量誤差的不同影響因素進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量、分析以及補(bǔ)償[4-5]。……