一种基于白光干涉的量块测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于白光干涉的量块测量装置及方法，涉及测量技术领域，包括低相干光源，分光元件，量块，光谱仪，第一透明板，第二透明板，所述低相干光源发出的光进入分光元件，从分光元件一端输出的光经第一透镜组件汇聚在量块左表面上；从分光元件另一端输出的光经过第二透镜组件汇聚在量块右表面上；从量块和第一透明板反射的光经分光元件进入光谱仪形成第一干涉光谱；从量块和第二透明板反射的光返回分光元件进入光谱仪形成第二干涉光谱；光谱仪记录这两个干涉光谱的叠加信号再传输到数据处理模块处理。本发明专利技术结合傅里叶变换的频率和相位，实现了基于白光干涉的量块的高精度测量，无需接触，操作方便。

【技术实现步骤摘要】
一种基于白光干涉的量块测量装置及方法
本专利技术涉及量块测量
，尤其是涉及一种基于白光干涉的量块测量装置及方法。
技术介绍
量块是国际通用的、最重要的长度量值的实物传递标准，是计量技术和工程测量领域中应用最广泛的计量器具之一，它将长度单位传递到工业生产的各个环节，在产品质量保证体系中发挥着重大作用。量块作为计量器具，其示值准确无误是十分必要的，因此量块的检定工作是保证量块能够正常使用的不可或缺的步骤，光学干涉技术是目前最重要的高精度量块测量方法。光学干涉技术虽然理论上具有高分辨率的优点，但是由于干涉技术测量的是相对于参考面的光程差，因此易受外界干扰，包括空气的流动、温度的变化以及样品相对于干涉系统振动的影响，对测量环境要求严格。由于从干涉条纹图只能测量干涉条纹的小数部分，而不能获得干涉条纹的整数部分，目前都是利用小数重合法增加可测量范围，需要采用多个波长测量同一量块，导致系统复杂。同时，由于测量长度和光源波长相关，因此要求光源具有高稳定性。另一方面，使用单端测量时，虽然结构相对简单，但是受到辅助平晶研合的影响；而双端测量时，虽然没有辅助平晶研合影响，但是需要进行多个距离的测量，增加了系统误差。中国专利CN110595351B公开了一种具有标准具的白光干涉仪的量值测量方法，待测量块置于钢平晶上，测量精度受钢平晶和量块研合性的影响，同时，这种接触测量也容易使量块表面收到污染及受损；而且，样品光和参考光为非共光路方式，因此易受外界干扰，包括空气的流动、温度的变化以及钢平晶振动的影响。中国专利CN201306998Y公开了一种二等量块接触式激光干涉仪，测量时测头与量块上表面接触，量块的下表面与工作台相接触进行测量，这种测量方法主要存在的问题:不符合国际标准规定；需要特殊加工的筋型工作台；量块变形可能引起量块与工作台中间的主筋不能可靠接触，引起测量误差。
技术实现思路
为了解决以上技术问题，本专利技术提出了一种基于白光干涉的量块测量装置及方法。为了实现本专利技术的目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于白光干涉的量块测量装置，包括低相干光源，分光元件，光谱仪，第一透镜组件，第一透明板，量块，第二透明板，第二透镜组件和数据处理模块；所述低相干光源与分光元件为光纤连接；所述分光元件、光谱仪和数据处理模块依次设置；所述量块设置在第一透明板和第二透明板之间；从靠近所述量块的左表面到远离所述量块的左表面的方向依次设置有第一透明板、第一透镜组件和分光元件；从靠近所述量块的右表面到远离所述量块的右表面的方向依次设置有第二透明板、第二透镜组件和分光元件；从所述量块左表面反射的光和从第一透明板右表面反射的光返回到分光元件，进入光谱仪，形成第一干涉光谱；从所述量块右表面反射的光和从第二透明板左表面反射的光返回到分光元件，进入光谱仪，形成第二干涉光谱；所述光谱仪记录第一干涉光谱和第二干涉光谱的叠加干涉信号，进而传输到数据处理模块处理。进一步地，所述第一透镜组件至少包括一个第一透镜，所述第二透镜组件至少包括一个第二透镜。进一步地，还包括平移台，所述平移台设置在第一透明板的下方或所述平移台设置在第二透明板的下方。进一步地，所述分光元件选择为2*2耦合器。一种基于白光干涉的量块测量装置的测量方法，其特征在于，步骤包括：步骤S1：将标准量块置于测量装置的第一透明板和第二透明板之间，设定标准量块的长度为L1，从标准量块左表面反射的光和从第一透明板右表面反射的光返回到分光元件，进入光谱仪，形成干涉光谱I11；从标准量块右表面反射的光和从第二透明板左表面反射的光返回到分光元件，进入光谱仪，形成干涉光谱I12；根据I11计算第一透明板右表面距离标准量块左表面的距离，记为a11；根据I12计算第二透明板左表面距离标准量块右表面的距离，记为a12；则L0＝a11+a12+L1，其中L0表示第一透明板右表面和第二透明板左表面之间的距离；步骤S2：用待测量块替换标准量块，将待测量块设于第一透明板和第二透明板之间，设定待测量块的长度为L2，从待测量块左表面反射的光和从第一透明板右表面反射的光返回到分光元件，进入光谱仪，形成干涉光谱I21；从待测量块右表面反射的光和从第二透明板左表面反射的光返回到分光元件，进入光谱仪，形成干涉光谱I22；根据I21计算第一透明板右表面距离待测量块左表面的距离，记为a21；根据I22计算第二透明板左表面距离待测量块右表面的距离，记为a22；则L0＝a21+a22+L2；步骤S3：得到标准量块和待测量块的长度差Δ：Δ＝L1-L2＝a21+a22-a11-a12。进一步地，a11的计算步骤：步骤1：采用标准量块测量时，将光谱仪采集的信号经滤波器进行分离，得到干涉光谱I11和干涉光谱I12；步骤2：将干涉光谱I11经过傅里叶变换，得到干涉光谱的幅度谱，设定幅度谱的极大值点横坐标序数为M11；步骤3：把干涉光谱I11均分成两部分，设定两部分干涉光谱的中心波数分别为KC1和KC2，并对这两部分干涉光谱分别进行傅里叶变换，得到两部分干涉光谱的相位θ111和θ112，计算步骤4：得到光程差P11：round()表示四舍五入取整运算；步骤5：对P11进行修正，比较P11和2π(M11+1)/Δk的大小，为光谱仪所对应的波数宽度，判断round()是否出现错误；当P11大于2π(M11+1)/Δk时，P11减去2π/(Kc1-Kc2)，得到a11；当P11小于2π(M11+1)/Δk时，P11与a11的值相等。进一步地，a12的计算步骤如下：步骤1：采用标准量块测量时，将光谱仪采集的信号经滤波器进行分离，得到干涉光谱I11和干涉光谱I12；步骤2：将干涉光谱I12经过傅里叶变换，得到干涉光谱的幅度谱，设定幅度谱的极大值点横坐标序数为M12；步骤3：把干涉光谱I12均分成两部分，得到两部分干涉光谱的相位θ121和θ122，计算步骤4：得到光程差P12：步骤5：对P12进行修正，比较P12和2π(M12+1)/Δk的大小，判断round()函数是否出现错误；当P12大于2π(M12+1)/Δk时，P12减去2π/(Kc1-Kc2)，得到a12；当P12小于2π(M12+1)/Δk时，P12与a12的值相等。进一步地，a21的计算步骤如下：步骤1：采用待测量块测量时，将光谱仪采集的信号经滤波器进行分离，得到干涉光谱I21和干涉光谱I22；步骤2：将干涉光谱I21经过傅里叶变换，得到干涉光谱的幅度谱，设定幅度谱的极大值点横坐标序数为M21；步骤3：把干涉光谱I21均分成两部分，并对这两部分干涉光谱分别进行傅里叶变换，得到两部分干涉光谱的相位θ211和θ212，计算步骤4：得到光程差P21：步骤5：对P21进行修正，比较P21和2π(M21+1)/Δk本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于白光干涉的量块测量装置，其特征在于，包括低相干光源，分光元件，光谱仪，第一透镜组件，第一透明板，量块，第二透明板，第二透镜组件和数据处理模块；/n所述低相干光源与分光元件为光纤连接；/n所述分光元件、光谱仪和数据处理模块依次设置；/n所述量块设置在第一透明板和第二透明板之间；/n从靠近所述量块的左表面到远离所述量块的左表面的方向依次设置有第一透明板、第一透镜组件和分光元件；/n从靠近所述量块的右表面到远离所述量块的右表面的方向依次设置有第二透明板、第二透镜组件和分光元件；/n从所述量块左表面反射的光和从第一透明板右表面反射的光返回到分光元件，进入光谱仪，形成第一干涉光谱；/n从所述量块右表面反射的光和从第二透明板左表面反射的光返回到分光元件，进入光谱仪，形成第二干涉光谱；/n所述光谱仪记录第一干涉光谱和第二干涉光谱的叠加干涉信号，进而传输到数据处理模块处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于白光干涉的量块测量装置，其特征在于，包括低相干光源，分光元件，光谱仪，第一透镜组件，第一透明板，量块，第二透明板，第二透镜组件和数据处理模块；
所述低相干光源与分光元件为光纤连接；
所述分光元件、光谱仪和数据处理模块依次设置；
所述量块设置在第一透明板和第二透明板之间；
从靠近所述量块的左表面到远离所述量块的左表面的方向依次设置有第一透明板、第一透镜组件和分光元件；
从靠近所述量块的右表面到远离所述量块的右表面的方向依次设置有第二透明板、第二透镜组件和分光元件；
从所述量块左表面反射的光和从第一透明板右表面反射的光返回到分光元件，进入光谱仪，形成第一干涉光谱；
从所述量块右表面反射的光和从第二透明板左表面反射的光返回到分光元件，进入光谱仪，形成第二干涉光谱；
所述光谱仪记录第一干涉光谱和第二干涉光谱的叠加干涉信号，进而传输到数据处理模块处理。


2.根据权利要求1所述的一种基于白光干涉的量块测量装置，其特征在于，所述第一透镜组件至少包括一个第一透镜，所述第二透镜组件至少包括一个第二透镜。


3.根据权利要求1所述的一种基于白光干涉的量块测量装置，其特征在于，还包括平移台，所述平移台设置在第一透明板的下方或所述平移台设置在第二透明板的下方。


4.根据权利要求1所述的一种基于白光干涉的量块测量装置，其特征在于，所述分光元件为2*2耦合器。


5.采用权利要求1-4中任一所述的基于白光干涉的量块测量装置的测量方法，其特征在于，步骤包括：
步骤S1：将标准量块置于测量装置的第一透明板和第二透明板之间，设定标准量块的长度为L1，
从标准量块左表面反射的光和从第一透明板右表面反射的光返回到分光元件，进入光谱仪，形成干涉光谱I11；
从标准量块右表面反射的光和从第二透明板左表面反射的光返回到分光元件，进入光谱仪，形成干涉光谱I12；
根据I11计算第一透明板右表面距离标准量块左表面的距离，记为a11；
根据I12计算第二透明板左表面距离标准量块右表面的距离，记为a12；
则L0＝a11+a12+L1,其中L0表示第一透明板右表面和第二透明板左表面之间的距离；
步骤S2：用待测量块替换标准量块，将待测量块设于第一透明板和第二透明板之间，设定待测量块的长度为L2，
从待测量块左表面反射的光和从第一透明板右表面反射的光返回到分光元件，进入光谱仪，形成干涉光谱I21；
从待测量块右表面反射的光和从第二透明板左表面反射的光返回到分光元件，进入光谱仪，形成干涉光谱I22；
根据I21计算第一透明板右表面距离待测量块左表面的距离，记为a21；
根据I22计算第二透明板左表面距离待测量块右表面的距离，记为a22；
则L0＝a21+a22+L2；
步骤S3：得到标准量块和待测量块的长度差Δ：Δ＝L1-L2＝a21+a22-a11-a12。


6.根据权利要求5中所述的基于白光干涉的量块测量装置的测量方法，其特征在于，a11的计算步骤：
步骤1：采用标准量块测量时，将光谱仪采集的信号经滤波器进行分离，
得到干涉光谱I11和干涉光谱I12；
步骤2：将干涉光谱I11经过傅里叶变换，得到干涉光谱的幅度谱，设定幅度谱的极大值点横...

【专利技术属性】
技术研发人员：王毅，姜云飞，马振鹤，彭思龙，汪雪林，顾庆毅，赵效楠，王一洁，郭晓锋，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，苏州中科行智智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13