一種雙頻激光位移和角度干涉儀的制作方法
【專利摘要】一種雙頻激光位移和角度干涉儀，包括由左向右依次設(shè)置的穩(wěn)頻雙頻激光器、部分反射分光鏡、干涉組件、倍程組件和靶鏡組件，還包括第一光電轉(zhuǎn)換單元、第二光電轉(zhuǎn)換單元、第三光電轉(zhuǎn)換單元以及與其連接的相位測量模塊；干涉組件包括自上而下設(shè)置的第一角錐棱鏡、第一四分之一波片、非偏振分光棱鏡和第一偏振分光棱鏡；倍程組件包括自上而下設(shè)置的第二角錐棱鏡、第二偏振分光棱鏡和反射鏡；靶鏡組件包括角錐棱鏡夾持底座及粘接在其內(nèi)的第三角錐棱鏡和第四角錐棱鏡；本發(fā)明通過增加干涉組件A部分，解決了沒有位移信息的問題；通過改進(jìn)倍程組件B部分，單個角錐棱鏡的位移量為光學(xué)四細(xì)分，因此角度測量為光學(xué)四細(xì)分。位移測量為光學(xué)八細(xì)分，測量分辨率提高。
【專利說明】一種雙頻激光位移和角度干涉儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于精密位移測量及角度測量領(lǐng)域，具體涉及一種雙頻激光位移和角度干涉儀。
【背景技術(shù)】
[0002]在測量高精密數(shù)控機(jī)床導(dǎo)軌的多軸運(yùn)動誤差時，雙頻激光干涉測角儀由于高分辨率、高精度、高速度、重復(fù)性好、量程大的優(yōu)勢一直獲得廣泛的應(yīng)用。
[0003]傳統(tǒng)雙頻激光干涉儀的角度測量的原理示意圖如圖1所示，雙頻激光干涉儀發(fā)出的雙頻正交偏振激光經(jīng)偏振分光鏡I按偏振方向分為兩束，其中偏振態(tài)平行于YZ平面頻率為fi的光透過偏振分光鏡I射向角錐棱鏡3 ;偏振態(tài)平行于XY平面頻率為f2的光經(jīng)過偏振分光棱鏡I反射后經(jīng)過反射鏡2后射向角錐棱鏡4。分別由這兩個角錐棱鏡反射的光束由光電接收器5接收，雙角錐棱鏡組A安放在被測物體上，被測物件前后移動且沒有擺動時，拍頻中Af1-Af2為常數(shù)，角度輸出值不變。如果角錐棱鏡在移動過程中繞X軸傾斜Θ角，則兩角錐棱鏡在Y軸方向?qū)a(chǎn)生一個相對位移量△，因此獲得的角度變化為:
【權(quán)利要求】
1.一種雙頻激光位移和角度干涉儀，其特征在于:包括由左向右依次設(shè)置的穩(wěn)頻雙頻激光器(I)、部分反射分光鏡(2 )、干涉組件(A)、倍程組件(B )和靶鏡組件(C)，還包括第一光電轉(zhuǎn)換單元(D1)、第二光電轉(zhuǎn)換單元(D2)、第三光電轉(zhuǎn)換單元(D3)以及與第一光電轉(zhuǎn)換單元(D1)、第二光電轉(zhuǎn)換單元(D2)和第三光電轉(zhuǎn)換單元(D3)連接的相位測量模塊(14)；所述穩(wěn)頻雙頻激光器(I)輸出激光為正交偏振的穩(wěn)頻雙頻激光，輸出光分別為偏振態(tài)平行于YZ平面的光即P光和偏振態(tài)平行于XY平面的f2光即S光； 所述部分反射分光鏡(2)由兩個直角棱鏡沿斜面粘結(jié)組成，在直角棱鏡的斜面上鍍有非偏振部分反射分光膜； 所述干涉組件(A)包括自上而下依次設(shè)置的第一角錐棱鏡(3)、第一四分之一波片(4)、非偏振分光棱鏡(5)和第一偏振分光棱鏡(6),所述非偏振分光棱鏡(5)和第一偏振分光棱鏡(6)均由兩個直角棱鏡沿斜面粘結(jié)組成，所述第一四分之一波片(4)的上表面粘接到第一角錐棱鏡(3)的底面，下表面粘接到非偏振分光棱鏡(5)的上直角面，所述非偏振分光棱鏡(5)的下直角面粘接到第一偏振分光棱鏡(6)的上直角面；在所述非偏振分光棱鏡(5)的直角棱鏡的斜面上鍍有非偏振分光膜,達(dá)到50:50的分光比,在所述第一偏振分光棱鏡(6)的直角棱鏡的斜面上鍍有偏振分光膜； 所述倍程組件(B)包括自上而下依次設(shè)置的第二角錐棱鏡(7)、第二偏振分光棱鏡(8)和反射鏡(10)，所述第二偏振分光棱鏡(8)由兩個直角棱鏡沿斜面粘結(jié)組成，所述反射鏡(10)為一個在斜面鍍有消偏振全反射膜的直角梯形棱鏡，其斜面與所述第二偏振分光棱鏡 (8)的直角棱鏡的斜面 平行，所述第二偏振分光棱鏡(8)的上直角面粘接到第二角錐棱鏡(7)的底面，下直角面粘接到反射鏡(10)的上直角面，在所述第二偏振分光棱鏡(8)的直角棱鏡的斜面上鍍有偏振分光膜，還包括粘接到所述第二偏振分光棱鏡(8)和反射鏡(10)右端面的第二四分之一波片(9)； 所述靶鏡組件(C)包括角錐棱鏡夾持底座(13)，以及粘接到角錐棱鏡夾持底座(13)內(nèi)部的第三角錐棱鏡(11)和第四角錐棱鏡(12)； 所述第一角錐棱鏡(3)、第二角錐棱鏡(7)、第三角錐棱鏡(11)和第四角錐棱鏡(12)的三個角錐面鍍有全反射膜； 所述第一四分之一波片(4)和第二四分之一波片(9)快軸與穩(wěn)頻雙頻激光器(I)發(fā)出fi光的偏振方向的夾角為45° ; 上述部件的位置關(guān)系滿足如下要求: 穩(wěn)頻雙頻激光器(I)發(fā)出的光即P光，經(jīng)過部分反射分光鏡(2)，光的一部分光反射到第一光電轉(zhuǎn)換單元(D1)，Π光的透射光經(jīng)過非偏振分光棱鏡(5)分成等光強(qiáng)的兩束光即反射光和透射光；反射光依次經(jīng)過第一四分之一波片(4)、由第一角錐棱鏡(3)、第一四分之一波片(4)、非偏振分光棱鏡(5)、第一偏振分光棱鏡(6)后進(jìn)入第三光電轉(zhuǎn)換單元(D3);透射光依次經(jīng)過第二偏振分光棱鏡(8)、第二四分之一波片(9)，由第三角錐棱鏡(11)、第二四分之一波片(9)、第二偏振分光棱鏡(8)、第二角錐棱鏡(7)、第二偏振分光棱鏡(8)、第二四分之一波片(9)、由第三角錐棱鏡(11)、第二四分之一波片(9)、第二偏振分光棱鏡(8 )、非偏振分光棱鏡(5 )、第一偏振分光棱鏡(6 )后進(jìn)入第二光電轉(zhuǎn)換單兀(D2 ); 穩(wěn)頻雙頻激光器(I)發(fā)出的f2光即S光，經(jīng)過部分反射分光鏡(2)，f2光的一部分光反射到第一光電轉(zhuǎn)換單元(Dl)，f2光的透射光經(jīng)過非偏振分光棱鏡(5)分成等光強(qiáng)的兩束光即反射光和透射光；反射光依次經(jīng)過第一四分之一波片(4)、由第一角錐棱鏡(3)、第一四分之一波片(4)、非偏振分光棱鏡(5)、第一偏振分光棱鏡(6)后進(jìn)入第二光電轉(zhuǎn)換單元(D2);透射光依次經(jīng)過第二偏振分光棱鏡(8)、反射鏡(10)、第二四分之一波片(9)、由第四角錐棱鏡(12 )、第二四分之一波片(9 )、反射鏡(10 )、第二偏振分光棱鏡(8 )、第二角錐棱鏡(7)、第二偏振分光棱鏡(8)、反射鏡(10)、第二四分之一波片(9)、由第四角錐棱鏡(12)、第二四分之一波片(9)、反射鏡(10)、第二偏振分光棱鏡(8)、非偏振分光棱鏡(5)、第一偏振分光棱鏡(6)后進(jìn)入第三光電轉(zhuǎn)換單兀(D3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙頻激光位移和角度干涉儀，其特征在于:所述部分反射分光鏡(2)斜面上鍍有的非偏振部分反射分光膜達(dá)到10:90的分光比。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙頻激光位移和角度干涉儀，其特征在于:所述穩(wěn)頻雙頻激光器(I)、部分反射分光鏡(2)、干涉組件(A)和倍程組件(B)位置固定，靶鏡組件(C)安裝于被測物件上，隨被測物件移動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種雙頻激光位移和角度干涉儀，其特征在于:所述第一光電轉(zhuǎn)換單元(D1)、第二光電轉(zhuǎn)換單元(D2)和第三光電轉(zhuǎn)換單元(D3)將光信號轉(zhuǎn)換為電信號后傳輸?shù)较辔粶y量模塊(14),相位測量模塊(14)比較第一光電轉(zhuǎn)換單兀(Dl)和第二光電轉(zhuǎn)換單元(D2)輸出電信號的相位差變化量，得到第三角錐棱鏡(11)的位移量，比較第一光電轉(zhuǎn)換單元(Dl)和第三光電轉(zhuǎn)換單元(D3)輸出電信號的相位差變化量，得到第四角錐棱鏡(12)的位移量，第三角錐棱鏡(11)和第四角錐棱鏡(12)位移量取平均值得到被測物件的位移量；第三角錐棱鏡(11)和第四角錐棱鏡(12)位移量相減得到位移差，將位移差除以第三角錐棱鏡(11)和第四角錐棱鏡(12)之間的棱尖間距后，再求反正弦得到被測物件繞X軸的角度值；將光路置于XY平面后可以測量被測物件繞Z軸的角度值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種雙頻激光位移和角度干涉儀，其特征在于:位移測量為光學(xué)八細(xì)分，角度測量為光`學(xué)四細(xì)分。
【文檔編號】G01B9/02GK103697807SQ201310687001
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】趙世杰, 李巖, 尉昊赟 申請人:清華大學(xué)