干涉法技术在量块长度测量中的应用

　1引言

　　量块是一种高精度的端面量具，它以最简单的几何形状设计，最有利于加工出精确的尺寸。其中一对相互平行的测量面之间的距离即为其工作长度。我国与世界上其他国家一样，绝大多数都采用矩形横截面的长方体形量块。在计量部门和工业校准实验室，它和其测量设备组成的检定系统为溯源国际米标准提供了一种重要手段，其作用在科学研究、工业生产中至关重要。量块的长度常被用作计量器具的标准，通过它对长度计量仪器、量具和量规等示值误差的检定、对精密机械零件尺寸的测量和对精密机床、夹具在加工中定位尺寸的调整等方式，把机械制造中各种制成品的尺寸，与国家的以至国际的实现米定义所推荐的基准光谱辐射线的波长联系起来，以达到长度量值在全国和国际间的统一，使零件、配件都具有良好的互换性。长度计量在国防科研和武器生产的质量保证体系中起着重要作用，因此世界各个国家十分关注这一研究领域的技术进展。本文介绍对基于干涉法的高等级量块参数的测量方法及测量过程中的关键技术进行研究。

　　2干涉法测量量块长度的基本原理

　　干涉仪输出的是一幅千涉图，借助于数学物理模型，可以将干涉图与多种被测参数相联系，从而实现测量相关的物理参数。以干涉条纹小数部分重合方式，用光谱辐射线的波长直接测量被测量块的长度，是基于光波干涉理论。

　　2.1 干涉条纹的小数部分重合法

　　小数重合法是用于量块高精度测量的主要方法。1977年，蒂福德对小数重合法做了进一步发展，提出了一套完整的利用多波长尾数确定被测长度的分析方法.其中最重要的两个思想为无导轨绝对距离千涉测量技术发展提供了理论基础，这两个基本思想是合成波长链及利用其进行逐级精化测量结果。根据光波传输的原理，可以认为，被测量块的一个测量面研合在一个辅助平板(如玻璃平晶或钢平晶) 的测量面上，将该量块与平晶组合体一起放置在光波干涉仪的工作台上，待仪器调整好以后，在千涉仪工作台的上空存在许多密集的、相互平行的、且其间距相等的光学平面，相邻两光学平面之间的距离为所用光源光谱辐射线波长的一半，相当于把量块放置在这样的一个空间里面。通过仪器工作台倾角机构的调整，使量块朝上的测量面与上述光学平面相交而其交角很小，通过仪器工作台升降机构的调整，使量块朝上测量面的中心与上述光学平面其中的一个面相交，这时在仪器的视场里可以得到光波干涉条纹图样.被测量块的长度应为：L= (K+ε) ×(λ/2)，式中：L为被测量块的中心长度，K干涉条纹级次的整数部分，ε为干涉条纹级次的小数部分，λ为干涉仪所用光源光谱辐射线的波长。上式等价于用光的半波长(即一个光波干涉条纹) 为间隔的刻度尺测量量块的长度。如果数出千涉条纹的整数部分K，读出干涉条纹小数部分，只要所用光源光谱辐射线的波长已知，就可求得被测量块的长度L。该式是小数部分重合法计算量块长度的基本公式。以光波波长直接测量被测量块长度时，使用“小数重合法”有应该注意：必须把被测量块的一个测量面研合在一个辅助平板(例如玻璃平晶或钢平晶)的测量面上;必须使用波长不相等的多条光谱辐射线;必须预知被测量块的长度对其实测长度的偏差在以内2μm。