[发明专利]干涉仪和采用干涉仪的测量方法

说明书

本发明涉及一种干涉仪和采用这种干涉仪的测量方法，尤其涉及测量顶端标准如块规或量棒的长度的干涉仪。

在对用于校正各种类型的测量设备的块规和量棒进行高精度测量时，采用传统的的干涉仪。这种干涉仪是这样工作的，首先在半个波长或更小的精度下对顶端标准进行初步测量而算出干涉条纹的整数N、用激光干涉法通过主测量获得干涉条纹比值ε，最后由等式L＝λ/2(N+ε)确定顶端测量的长度L。

在半个波长或更小的精度下测量顶端标准时，在具有多波长的场合进行所谓的重合法，对每一波长进行初步测量，并使用不依赖特定波长而重合的值。例如，采用Twyman-Green这样一种干涉仪。

然而，即使在采用重合法的时候，也必须采用与激光干涉仪分开的比较仪，并且必须进行分开的测量，而且这样又需要使初步测量和主测量(主测量是用激光干涉仪进行的测量)之间的温度平衡(通过使物体放置后停止工作几个小时，去除工件(顶端测量)内因人体温度和环境温度而产生的温度的非均匀性。这里，工件指的是要测量的物体)。这样就使得测量步骤变得复杂，因而效率低。

另外，在进行高精度的测量时，还需要考虑因顶端测量按照线性膨胀系数的伸长而需要进行的温度补偿。但是，如果初步测量和采用激光干涉进行的主测量是分开进行的，则用于初步测量的温度计中产生的误差和用于主测量的温度计中产生的误差可能是不同的，这样就增加了确定干涉条纹整数N的难度。

本发明的目的是解决上述问题，并提供一种能够连续在同一干涉仪内进行初步测量和主测量、并且能够快速、高精度测量如顶端尺寸的工件的干涉仪，以及采用这样一种干涉仪的测量方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用激光干涉法测量工件尺寸的干涉仪，它包含激光光源、白光光源、将激光从所述激光光源引导到工件上的第一光学组件以及用作激光干涉的基准的第一基准面、用来将白光从所述白光光源引导到工件上的第二光学组件以及用作白光干涉的基准的第二基准面、调整工件相对于所述第一基准面的倾斜的工件调整装置、检测所述第一光学组件产生的激光干涉条纹和所述第二光学组件产生的白光干涉条纹的干涉条纹检测装置，以及控制所述第一和第二光学组件、工件调整装置、干涉条纹检测装置的控制装置，用以采用激光干涉的方法连续进行工件的位置调整、用白光干涉的方法对工件进行初步测量，以及用激光进行工件的主测量。

采用进行位置调整和工件主测量的第一光学组件以及在同一干涉仪中进行工件初步测量的第二光学组件，可以在相同的环境条件下进行初步测量和主测量，可以防止在初步测量和主测量之间产生温度差，并且可以对工件的测量做到既快、精度又高。

本发明中，所述第一光学组件最好包括一个将来自激光光源的激光束分离成入射到所述工件上的激光和入射到所述第一基准面上的激光的第一分束器，而所述第二光学组件包括将来自所述白光光源的白光分离成入射到所述工件上的白光和入射到所述第二基准面上的白光的第二分束器。

所述第一和第二分束器最好是单个的分束器。采用单个的分束器，可以简化结构，并且由于采用了一条共同的光路，同时使初步测量的精度提高。

本发明中，最好还具有一个将从分束器辐射的激光引导到所述第一基准面上以及将从所述分束器辐射的白光引导到所述第二基准面上的装置。采用这样的装置，确保了第一和第二基准面不同时激光或白光引导到各个基准面上，并且会产生干涉。

本发明中，最好在所述激光光源和所述第一光学组件中的所述第一分束器之间的光路上配备一个打开或关闭激光的第一光闸，以及在所述白光光源和所述第二光学组件中的所述第二分束器之间的光路上配备一个打开或关闭白光的第二光闸，并且所述控制装置在工件的位置调整和主测量期间通过使第一光闸打开而所述第二光闸关闭而引导激光，在所述初步测量期间通过使所述第一光闸关闭而所述第二光闸打开而引导白光。

本发明还包含一个改变从所述第二分束器到所述第二基准面的光学距离的移动装置和检测所述移动装置的移动距离的装置。通过改变光学距离，可以在对应于工件的两个顶端的位置产生白光干涉，并且通过检测距离的变化，可以初步测量是工件尺寸的两个顶端之间的距离。根据该初步测量，计算干涉的级别。

所述第二基准面最好是一个平面镜。

所述第二基准面最好是一个角隅(corner cube)形反射面。通过将基准面的形状形成为角隅形状，可以使入射的白光反射到入射的方向，并且即使在表面因移动而出现小的变化时，也能产生干涉。