專(zhuān)利名稱(chēng)：基于雙頻激光干涉的二維測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種基于雙頻激光干涉的二維測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代高精密加工、高檔數(shù)控裝備等領(lǐng)域的發(fā)展，需要高效、高精度、大范圍的測(cè)量 技術(shù)作為支撐，如高檔數(shù)控機(jī)床的加工精度的保證，首先需要對(duì)機(jī)床本身的精度進(jìn)行檢測(cè)， 而其檢測(cè)的方法有諸多，與單項(xiàng)誤差(如線(xiàn)性度、垂直度等)檢測(cè)相比，綜合誤差(如圓誤 差、對(duì)角線(xiàn)等)檢測(cè)具有高效、易操作的優(yōu)點(diǎn)，為當(dāng)前機(jī)床精度檢測(cè)發(fā)展的主要方向。這就 要求一種先進(jìn)的二維測(cè)量技術(shù)。目前，檢測(cè)機(jī)床圓誤差的主要有英國(guó)雷尼紹公司的QClO球 桿儀和美國(guó)光動(dòng)公司的MCV-5004激光干涉儀，前者主要是機(jī)械接觸式測(cè)量，使用需要激光 干涉儀標(biāo)定，且由于原理結(jié)構(gòu)限制，其最小測(cè)量半徑受到限制，球桿儀最小長(zhǎng)度為100mm，而 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定數(shù)控機(jī)床最小檢測(cè)半徑為40_ ；后者實(shí)質(zhì)上是采用兩套激光干涉儀測(cè)量二維位 移，從成本上講是比較高的。國(guó)內(nèi)公開(kāi)號(hào)為101096073專(zhuān)利發(fā)明了用激光干涉法測(cè)量數(shù)控 機(jī)床圓軌跡的方法，此方法主要限于測(cè)圓軌跡的χ、y分量從而實(shí)現(xiàn)測(cè)量圓軌跡，對(duì)于具體 光路和通常采用激光干涉法帶來(lái)難調(diào)光路問(wèn)題并未做解決。另外，現(xiàn)有的激光干涉產(chǎn)品多數(shù)為國(guó)外廠商生產(chǎn)，價(jià)格較昂貴，且主要為一維精度 測(cè)量，其被測(cè)量鏡多為角錐棱鏡，易于光路調(diào)節(jié)和工業(yè)應(yīng)用操作；若將角錐棱鏡作為二維 測(cè)量中的被測(cè)量鏡，受角錐棱鏡加工尺寸的局限，其測(cè)量范圍很小，若用于平面反射鏡作為 被測(cè)量鏡，現(xiàn)有的方法組成環(huán)節(jié)較多，則會(huì)出現(xiàn)難以調(diào)節(jié)光路的問(wèn)題，且結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。從而 影響了激光干涉法在二維精度測(cè)量的應(yīng)用和推廣，如高檔數(shù)控機(jī)床的圓檢驗(yàn)等二維軌跡測(cè) 量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種既解決測(cè)量范圍小的問(wèn) 題，又解決調(diào)節(jié)光路難的問(wèn)題，同時(shí)，保持結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)勢(shì)的基于雙頻激光干涉的
二維測(cè)量裝置。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括雙頻激光頭以及位于雙頻激光 頭出射光光路中的反射率為50%的分光鏡，在該分光鏡的反射光路及透射光路中分別設(shè)置 有χ向測(cè)量模塊和y向測(cè)量模塊，在χ向測(cè)量模塊和y向測(cè)量模塊的測(cè)量光路中分別設(shè)置 有χ向平面反射鏡和y向平面反射鏡；所說(shuō)的y向測(cè)量模塊包括y向偏振分光棱鏡，在y向偏振分光棱鏡透射光路中設(shè) 置有y向透射角錐棱鏡，在y向偏振分光棱鏡反射光路的后端設(shè)置有y向角錐棱鏡，在y向 偏振分光棱鏡的反射光路中依次設(shè)置有y向1/4波片和y向平面反射鏡，在y向偏振分光 棱鏡與y向透射角錐棱鏡相對(duì)的一側(cè)設(shè)置有y向光電接收器；所說(shuō)的χ向測(cè)量模塊包括χ向偏振分光棱鏡，在χ向偏振分光棱鏡透射光路中設(shè) 置有χ向透射角錐棱鏡，在χ向偏振分光棱鏡反射光路的后端設(shè)置有χ向角錐棱鏡，在χ向
3偏振分光棱鏡的反射光路中依次設(shè)置有χ向1/4波片和χ向平面反射鏡，在χ向偏振分光 棱鏡與χ向透射角錐棱鏡相對(duì)的一側(cè)設(shè)置有χ向光電接收器。本發(fā)明采用平面反射鏡作為被測(cè)量鏡，其它反射鏡為角錐棱鏡，使測(cè)量光束兩次 到達(dá)被測(cè)量鏡并被反射后與參考光束達(dá)到干涉的效果。它既可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量范圍大又容易調(diào) 光路，且光路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于模塊化和產(chǎn)品化，同時(shí)還提高了測(cè)量精度。為精密測(cè)量?jī)x器，適 用于高精度的工業(yè)測(cè)量領(lǐng)域，尤其適用于高檔數(shù)控機(jī)床的精度測(cè)量，其廣泛應(yīng)用可較大的 推動(dòng)先進(jìn)制造等工業(yè)的發(fā)展。


圖1為本發(fā)明的主要光路結(jié)構(gòu)圖及其組成。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。參見(jiàn)圖1，本發(fā)明包括雙頻激光頭6以及位于雙頻激光頭6出射光光路中的反射 率為50%的分光鏡1，在該分光鏡1的反射光路及透射光路中分別設(shè)置有χ向測(cè)量模塊和 y向測(cè)量模塊，在χ向測(cè)量模塊和y向測(cè)量模塊的測(cè)量光路中分別設(shè)置有χ向平面反射鏡5 和y向平面反射鏡3 ；所說(shuō)的y向測(cè)量模塊包括y向偏振分光棱鏡2c，在y向偏振分光棱鏡2c透射光路 中設(shè)置有y向透射角錐棱鏡2d，在y向偏振分光棱鏡2c反射光路的后端設(shè)置有y向角錐棱 鏡2b，在y向偏振分光棱鏡2c的反射光路中依次設(shè)置有y向1/4波片2e和y向平面反射 鏡3，在y向偏振分光棱鏡2c與y向透射角錐棱鏡2d相對(duì)的一側(cè)設(shè)置有y向光電接收器 2a ；所說(shuō)的χ向測(cè)量模塊包括χ向偏振分光棱鏡4c，在χ向偏振分光棱鏡4c透射光路 中設(shè)置有X向透射角錐棱鏡4d，在X向偏振分光棱鏡4c反射光路的后端設(shè)置有X向角錐棱 鏡4b，在χ向偏振分光棱鏡4c的反射光路中依次設(shè)置有χ向1/4波片4e和χ向平面反射 鏡5，在χ向偏振分光棱鏡4c與χ向透射角錐棱鏡4d相對(duì)的一側(cè)設(shè)置有χ向光電接收器 4a ο本發(fā)明在二維測(cè)量中，采用平面反射鏡作為被測(cè)量鏡，滿(mǎn)足二維測(cè)量大范圍的要 求。平面反射鏡較角錐棱鏡更容易加工，成本較低。適用于高檔數(shù)控機(jī)床的圓軌跡測(cè)量。采用平面反射鏡作為被測(cè)量鏡的同時(shí)，光路中使用角錐棱角作為其他反射鏡，使 測(cè)量光束兩次達(dá)到被測(cè)量平面反射鏡并返回，實(shí)現(xiàn)測(cè)量光與參考光干涉，同時(shí)提高了測(cè)量 精度。使調(diào)節(jié)光路變得簡(jiǎn)易，容易操作和利于應(yīng)用。激光束被反射角為50%的分光鏡分成的兩束光，其中一束用于χ方向測(cè)量，另一 束用于y方向測(cè)量，但對(duì)于每束光而言，均是經(jīng)過(guò)偏振分光棱鏡把它分成S光與P光，本發(fā) 明采用s光作為測(cè)量光，與現(xiàn)有產(chǎn)品采用P光不同，這樣的設(shè)計(jì)達(dá)到測(cè)量目的的同時(shí)，減少 了使光折90°的元件，如90°五角棱鏡等，達(dá)到精減結(jié)構(gòu)的效果。參見(jiàn)圖1，本發(fā)明的工作過(guò)程如下雙頻激光頭6發(fā)出雙頻激光，經(jīng)反射角為50% 的分光鏡1分成兩束光，一束光用于測(cè)量X方向的位移，另一束光用于測(cè)量y方向的位移。 對(duì)于y方向的位移測(cè)量，其過(guò)程為當(dāng)y向的光束經(jīng)過(guò)y向偏振分光棱鏡2c后分成S光和P光，P光透過(guò)y向偏振分光棱鏡2c，經(jīng)y向透射角錐棱鏡2d平行返回，為參考光束；S光透 過(guò)y向1/4波片2e到達(dá)y向平面反射鏡3并被反射，再次透過(guò)y向1/4波片2e，其偏振方 向轉(zhuǎn)90°，從而透過(guò)y向偏振分光棱鏡2c達(dá)到y(tǒng)向角錐棱鏡2b并被平行反射回來(lái)，再次 透過(guò)y向偏振分光棱鏡2c和y向1/4波片2e，第二次被y向平面反射鏡3反射，由于透過(guò) y向1/4波片2e其偏振方向再轉(zhuǎn)90°，因而到達(dá)y向偏振分光棱鏡2c被反射，與參考光束 重合，此光束為測(cè)量光束。當(dāng)測(cè)量光束與參考光束重合并發(fā)生干涉，其拍頻信號(hào)被y向光電 接收器2a所接收，并與激光頭里的參考信號(hào)進(jìn)行混頻等信號(hào)處理，計(jì)算得出y向被測(cè)位移。 同理，通過(guò)χ向測(cè)量模塊和χ向平面反射鏡5實(shí)現(xiàn)對(duì)χ向位移的測(cè)量。最終，實(shí)現(xiàn)對(duì)x、y平 面二維位移測(cè)量。
權(quán)利要求
1.基于雙頻激光干涉的二維測(cè)量裝置，其特征在于包括雙頻激光頭(6)以及位于雙 頻激光頭(6)出射光光路中反射率為50%的分光鏡(1)，在該分光鏡(1)的反射光路及透 射光路中分別設(shè)置有χ向測(cè)量模塊和y向測(cè)量模塊，在χ向測(cè)量模塊和y向測(cè)量模塊的測(cè) 量光路中分別設(shè)置有χ向平面反射鏡(5)和y向平面反射鏡(3)；所說(shuō)的y向測(cè)量模塊包括y向偏振分光棱鏡(2c)，在y向偏振分光棱鏡(2c)透射光 路中設(shè)置有y向透射角錐棱鏡(2d)，在y向偏振分光棱鏡(2c)反射光路的后端設(shè)置有y向 角錐棱鏡(2b)，在y向偏振分光棱鏡(2c)的反射光路中依次設(shè)置有y向1/4波片(2e)和 y向平面反射鏡(3)，在y向偏振分光棱鏡(2c)與y向透射角錐棱鏡(2d)相對(duì)的一側(cè)設(shè)置 有y向光電接收器(2a)；所說(shuō)的χ向測(cè)量模塊包括χ向偏振分光棱鏡(4c)，在χ向偏振分光棱鏡(4c)透射光 路中設(shè)置有χ向透射角錐棱鏡(4d)，在χ向偏振分光棱鏡(4c)反射光路的后端設(shè)置有χ向 角錐棱鏡(4b)，在χ向偏振分光棱鏡(4c)的反射光路中依次設(shè)置有χ向1/4波片(4e)和 X向平面反射鏡(5)，在X向偏振分光棱鏡(4c)與X向透射角錐棱鏡(4d)相對(duì)的一側(cè)設(shè)置 有χ向光電接收器(4a)。
全文摘要
基于雙頻激光干涉的二維測(cè)量裝置，包括反射率為50％的分光鏡、x向測(cè)量模塊、y向測(cè)量模塊，x向平面反射鏡和y向平面反射鏡。激光束通過(guò)50％分光鏡分成兩束，對(duì)x、y兩個(gè)方向的位移進(jìn)行測(cè)量。每束光會(huì)通過(guò)偏振分光棱鏡分為P光和S光，P光作為參考光，由角錐棱鏡返回；S光做為測(cè)量光，由被測(cè)量平面鏡反射，經(jīng)1/4波片，其偏振方向轉(zhuǎn)90°，因而會(huì)透過(guò)偏振分光棱鏡的分光面，而被角錐棱鏡反射并再次透過(guò)偏振分光棱鏡的分光面，由被測(cè)量平面鏡反射，經(jīng)1/4波片，其偏振方向再次轉(zhuǎn)90°，經(jīng)偏振分光棱鏡的分光面反射返回，測(cè)量光與參考光產(chǎn)生干涉，干涉信號(hào)被光電接收器所接收，從而得到x、y方向的被測(cè)位移。
文檔編號(hào)G01B11/02GK102003939SQ20101052173
公開(kāi)日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月27日
發(fā)明者湯善治, 王昭, 蔣志雄, 郭俊杰, 高建民 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)