一维线纹激光比长测量装置及其关键技术

王理; 杨璐; 李文慧; 肖克; 孙双花

doi:10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0500

一维线纹激光比长测量装置及其关键技术

doi: 10.12338/j.issn.2096-9015.2021.0500

王理^1,,
杨璐¹,
李文慧²,
肖克¹,
孙双花^2, ,

1.
湖南省计量检测研究院，长沙 410014
2.
中国计量科学研究院，北京 100029

基金项目: 国家重点研发计划项目（2019YFF0216804）。

详细信息

作者简介:
王理（1988-），湖南省计量检测研究院工程师，研究方向：几何量计量、精密测量，邮箱：573040914@qq.com

通讯作者:
孙双花（1980-），中国计量科学研究院研究员，研究方向：几何量计量，邮箱：sunshh@nim.ac.cn

计量
- 文章访问数: 646
- HTML全文浏览量: 321
- PDF下载量: 104
- 被引次数: 0
出版历程
- 收稿日期: 2021-04-22
- 录用日期: 2021-08-02
- 网络出版日期: 2022-09-07

Measuring Device of One-Dimensional Linear Laser Length Measurement Device and its Key Technology

WANG Li^1
,,
YANG Lu¹,
LI Wenhui²,
XIAO Ke¹,
SUN Shuanghua^{2
, ,}

1.
Hunan Institute of Metrology and Test, Changsha 410014, China
2.
National Institute of Metrology, Beijing 100029, China

摘要

摘要: 介绍了几何量测量领域中一维线纹激光比长测量关键技术和装置的研究成果，涉及了国内外相关计量技术机构在一维线纹方面的测量能力和范围、装置的基本组成及其工作原理，以及激光干涉法测长和光电显微镜法自动对焦实现线纹刻线快速瞄准等方面的内容。详细阐述了我国一维线纹激光比长测量装置的研究现状，重点分析该装置所应用的关键技术的特点，以及目前的测量水平和能力。根据目前我国一维线纹测量的技术发展状况，从线纹量值溯源和装备制造产业发展两个角度讨论了一维线纹激光比长测量装置的应用前景。
- 线纹测量 /
- 激光比长仪 /
- 激光干涉仪 /
- 光电显微镜 /
- 测量装置
Abstract: This paper introduces the research results of the critical technologies and devices for one-dimensional linear laser length measurement in the field of geometric measurement, covering the frontiers of metrological technical institutions at home and abroad in the field of one-dimensional lines, measurement capability and range, elemental composition and working principle of the device, as well as the laser interference method for length measurement and the photoelectric microscope method for auto-focusing to achieve fast targeting of line pattern inscriptions. The research status of the one-dimensional linear laser length measurement device in China is elaborated, focusing on the characteristics of the critical technologies applied in the device and the current measurement level and capability. According to the recent technical development of one-dimensional linear measurement in China, the application prospect of one-dimensional linear measurement devices is discussed from two perspectives of line measurement value traceability and equipment manufacturing industry development.
- line measurement /
- laser length comparator /
- laser interferometer /
- photoelectric microscope /
- measuring device

HTML全文

图 1 纳米比较仪

Figure 1. Nanometer comparator

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 2 激光干涉仪的集成

Figure 2. Integration of laser interferometers

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 3 外差干涉仪的设计

Figure 3. Design of heterodyne interferometer

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 4 定位单元的结构

Figure 4. Structure localisation unit

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 5 在真空波纹管中集成测量系统

Figure 5. Integration of measurement systems in the vacuum bellow

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 6 线纹比长干涉仪

Figure 6. Linear length interferometer

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 7 HP激光干涉仪原理

Figure 7. Principle of HP laser interferometer

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 8 光电显微镜静态瞄准技术的原理

Figure 8. Principle of static aiming technology of photoelectric microscope

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 9 显微镜线信号模型

Figure 9. Microscope line signal pattern

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 10 高精度线纹刻度标定系统

Figure 10. High precision line calibration system

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 11 线性测量系统

Figure 11. Linear measurement system

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 12 三轴干涉仪和探测点

Figure 12. Triaxial interferometers and probe points

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 13 新型多功能1米激光比长仪

Figure 13. A new type of multifunctional 1 m linear laser instrument

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 14 迈克尔逊激光干涉仪测量原理

Figure 14. Measuring principle of Michelson laser interferometer

下载: 全尺寸图片幻灯片

图 15 光电显微镜瞄准系统

Figure 15. Photoelectric microscope aiming system

下载: 全尺寸图片幻灯片

表 1 线纹刻线测量能力和范围

Table 1. Line measurement capability and range

机构名称	测量能力 /nm	测量范围 /mm
德国联邦物理技术研究院(PTB)	34	610
美国国家标准与技术研究院(NIST)	103	1000
日本国家计量研究院(NMIJ)	100	2000
韩国标准与科学研究院(KRISS)	230	2000

下载: 导出CSV

参考文献(15)

[1]	Bosse H, Koening R. Line scale comparison Nano3[J]. Proceedings of SPIE—The International Society for Optical Engineering, 2003, 5190: 122-133.
[2]	Fluegge J, Koening R G. Status of the nanometer comparator at PTB[J]. Proceedings of SPIE—The International Society for Optical Engineering, 2001, 4401: 275-283.
[3]	Beers J S, William B. The NIST length scale interferometer[J]. Journal of research of the National Institute of Standards and Technology, 1999, 104(3): 225-252.
[4]	F Maeda, Y Yamaryo. Development of a High Precision Line Scale Calibration System[C]. Braunschweig : PTB-F-45, 2001.
[5]	BOSSE H. Final report on CCL-S3 supplementary line scale comparison Nano3[J]. Metrologia, 2003, 40: 4002. doi: 10.1088/0026-1394/40/1A/04002
[6]	翟富华, 王承钢. 中国首次线纹米尺的国际比对[J]. 中国计量, 2009(6): 50. doi: 10.3969/j.issn.1006-9364.2009.06.033
[7]	孙双花, 叶孝佑, 毛起广, 等. 中国长度单位的保持及贡献[J]. 计量技术, 2019(5): 14-17,67.
[8]	中国计量科学研究院. 计量科学研究50年[M]. 北京: 中国计量出版社, 2005.
[9]	牛立新, 任冬梅, 王晓炜, 等. 两米光栅—线纹自动测量仪(一)[J]. 航空计测技术, 1997, 17(5): 3-5.
[10]	叶孝佑, 高宏堂, 孙双花, 等. 2m激光干涉测长基准装置[J]. 计量学报, 2012, 33(3): 193-197. doi: 10.3969/j.issn.1000-1158.2012.03.01
[11]	叶孝佑, 高宏堂, 邹邻丁, 等. 2m比长仪纳米级高精度刻线自动瞄准系统[J]. 计量学报, 2010, 31(z2): 107-111. doi: 10.3969/j.issn.1000-1158.2010.z2.25
[12]	高宏堂, 叶孝佑, 邹玲丁, 等. 2m比长仪纳米级精度线间距测量系统的研究[J]. 计量学报, 2012, 33(2): 97-103. doi: 10.3969/j.issn.1000-1158.2012.02.01
[13]	孙双花, 叶孝佑, 邹玲丁, 等. 高等别线纹尺校准装置及校准方法研究[J]. 计量学报, 2017, 38(S1): 13-17.
[14]	叶孝佑, 甘晓川, 常海涛, 等. 提高环境参量法测量空气折射率精度的研究[J]. 计量学报, 2008, 29(4A): 69-73.
[15]	劳嫦娟, 曹洁, 孙骏栖, 等. 基于激光干涉比长的大范围线位移动态校准系统研究[J]. 中国测试, 2021, 47(S1): 97-100.