干涉定位法及其在超精检测中的应用

　　激光光电定位器定位技术是精密检测及加工的重要课题之一，在机器人视觉，集成电路以及超高精度切削加工方面，定位是质量保证的前提。光学定位法具有结构简单，非接触，高精度等优点，能较好的适应新技术发展对加工和检测所提出的高要求。

　　本定位器的光路部分采用球面干涉仪，实际上是在麦克尔逊干涉仪的一臂上换上一聚焦透镜，以该透镜的焦点作为定位点。仅当被测物面的代表点A与聚焦透镜L的焦点F重合时，在接收屏M:处的干涉条纹才为直条纹，稍微偏离，则在接收屏上是一球面波与一平面波干涉而产生的弯曲条纹。

　　设图1中定位器的接收屏M ₂位于座标Z=0。处的平面上，则当待定物件点A偏离透镜焦点F距离，也即定位偏差为e时，由理论推导可知:平面波与球面波在接收屏上的干涉条纹的形状为一族圆，其方程为:

　　式中为M ₁处反射的平面波与Z的夹角，f为聚焦透镜L的焦距。

　　设聚焦透镜L的口径半径为r，可推得条纹的弯曲度与条纹间距之比，也即条纹的相对弯曲度V为:

　　式中为镜头的相对孔径，由(2)式可知，若要求定位精度。=0.01um，当时，，即要求定位系统能判读出近百分之一的条纹弯曲度，这是十分困难的。另外，直接光电转换的信号也十分微弱，为此采用相位调制的办法，在Ml处的反射镜后加一压电陶瓷(PZT)，用圆频率为，振幅为a的正弦波驱动，在接收屏上的光强分布为:

　　这时，中包含两项，一项是未调制时的位相差，与接受屏上的空间座标(x，y，z)及定位偏差。有关，与时间无关，这里Z=0，记为:

　　另一项是由调制引起的位相差ZaKsin叭，则屏上的光强分布与x，y，，t有关，将光强表达式展开有:

　　式中J _n为n阶贝塞尔函数，光强信号经光电转换成为电信号，其中包含。的各次谐波，若保持调制的振幅a不变，则各次谐波的振幅与p有关，当光电接收器位于屏上的固定点时，即(x，y，z)不变时，其振幅只与定位误差。有关。据此，把电信号输入相敏检波器，再经低通滤波器后其输出的直流成分为:

　　将两光电管固定在同一条直线上，则当=0时，两光电管输出的信号之差取最小值，此时图1中的物件面代表点即为定位点(=0)

　　用麦克尔逊干涉仪测量位移，其精度可达0.4um(He一Ne激光器)，为提高测量精度，采用条纹细分技术。在接收屏上固定两个光电接受器，使其接收到的信号相位相差90度，设两信号为: