[發明專利]基于半導體激光器組件的四自由度光學測頭

在審

• 申請號: 201610214209.7
• 申請日: 2016-04-06
• 公開（公告）號: CN105737765A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 苗恩銘;高保林;莊鑫棟;董云飛
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26;G01B11/27
• 代理公司: 合肥金安專利事務所 34114
• 代理人: 金惠貞

1.基于半導體激光器組件的四自由度光學測頭，其特征在于：包括測頭機構和靶鏡機構；

所述測頭機構包括設于底板一側面上的半導體激光器（1）、四象限光電探測器（4）、二維PSD位置敏感探測器（5）、光隔離器和平凸透鏡（6）；

所述靶鏡機構包括設于基座上的半透半反鏡（7）和角錐棱鏡（8）；

用于數控機床主軸熱誤差測量時，所述測頭機構固定設于工作臺上，所述靶鏡機構固定設于動力頭的主軸上；

測量時，半導體激光器（1）發出的光束經過偏振分光棱鏡（2）后分為兩束，其中一束光經過光隔離器照射在靶鏡機構的半透半反鏡（7）上，有50%的光會透過半透半反鏡（7）到達角錐棱鏡（8），經角錐棱鏡（8）折射后平行出射入射到四象限光電探測器（4）上，用作測量二維直線直線位移X、Y的參考光束；50%的光會由半透半反鏡（7）原路返回，入射到偏振分光棱鏡（2）上，再垂直出射到平凸透鏡（6）經準直聚焦后被二維PSD位置敏感探測器（5）所接受，用作俯仰角誤差、偏擺角誤差的參考光束。

2.根據權利要求1所述的基于半導體激光器組件的四自由度光學測頭，其特征在于：所述底板為矩形；所述四象限光電探測器（4）、半導體激光器（1）、光隔離器依次設于底板一端的同一寬度方向上，所述二維PSD位置敏感探測器（5）與光隔離器對應設于底板的另一端，所述平凸透鏡（6）設于光隔離器和二維PSD位置敏感探測器（5）之間的底板上；

所述四象限光電探測器（4）模塊和半導體激光器（1）之間的直線距離為10mm；

所述半導體激光器（1）和光隔離器之間距離為30mm；

所述光隔離器和平凸透鏡（6）之間的距離為50mm；

所述光隔離器和二維PSD位置敏感探測器（5）之間的距離為平凸透鏡的焦距長度。

3.根據權利要求2所述的基于半導體激光器組件的四自由度光學測頭，其特征在于：所述平凸透鏡的焦距為100mm。

4.根據權利要求1或2所述的基于半導體激光器組件的四自由度光學測頭，其特征在于：所述光隔離器由偏振分光棱鏡（2）和四分之一波片（3）膠合在一起組成，其中偏振分光棱鏡（2）與半導體激光器（1）相鄰，防止反射光返回到半導體激光器（1），從而得到穩定的輸出。

5.根據權利要求1所述的基于半導體激光器組件的四自由度光學測頭，其特征在于：

所述二維PSD位置敏感探測器（5）的兩側分別設有導軌和定位機構，二維PSD位置敏感探測器（5）沿導軌移動實現調整相對偏振分光棱鏡（2）之間的距離。

6.根據權利要求1所述的基于半導體激光器組件的四自由度光學測頭，其特征在于：

所述半透半反鏡（7）和角錐棱鏡（8）中，半透半反鏡（7）置于角錐棱鏡（8）正前方，二者之間的距離為5mm，并且保證半透半反鏡（7）只遮擋角錐棱鏡（8）的邊緣一部分，確保半透半反鏡（7）的出射光入射到角錐棱鏡（8）里，而角錐棱鏡（8）的出射光不會被半透半反鏡（7）遮擋。