[發(fā)明專利]一種便攜式納米加工在線測量裝置及測量方法

有效

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• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN107388982B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發(fā)明（設計）人: 楊樹明;楊新宇;張國鋒;薛興昌;楊林林
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/30
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

1.一種便攜式納米加工在線測量裝置，其特征在于，包括光學測頭和電控模塊(8)，光學測頭通過光學測頭底板(4)與電控模塊(8)固定連接；其中，

光學測頭包括安裝在光學測頭底板(4)上的可調諧紅外激光諧振腔(7)、穩(wěn)壓激光二極管(6)和光纖傳輸模塊(5)以及通過光學元件安裝基座安裝在光學測頭底板(4)上的空間光學元件；空間光學元件包括光纖準直器(11)、閃耀光柵(2)、參考臂反射鏡(9)、壓電陶瓷(10)和準直透鏡(12)；

每個空間光學元件的中心線均位于同一水平面；

光纖準直器軸線與閃耀光柵法線夾角為5°，參考臂反射鏡軸線與閃耀光柵法線夾角為-5°，準直透鏡軸線與閃耀光柵法線夾角為58.69°，光纖準直器(11)與閃耀光柵中心距離為45mm，參考臂反射鏡(9)與閃耀光柵中心距離為135mm，準直透鏡(13)與閃耀光柵中心距離為75mm，第一點激光器軸線與閃耀光柵法線夾角為-58.69°，第二點激光器軸線與準直透鏡軸線夾角為35°，相機中心軸線與準直透鏡軸線夾角為-35°；

工作時，可調諧紅外激光諧振腔(7)與穩(wěn)壓激光二極管(6)發(fā)出的光線由光纖連接到光纖傳輸模塊(5)，光纖傳輸模塊(5)將兩路激光耦合并傳送至光纖準直器(11)，光纖準直器(11)將光投射到閃耀光柵(2)上，閃耀光柵(2)出射的零級衍射光投射到參考臂反射鏡(9)并原路返回，一級衍射光經準直透鏡(13)投射到被測物(21)表面并原路返回；兩路光在閃耀光柵(2)處干涉并返回到光纖準直器(11)，由光纖傳輸模塊(11)檢測干涉信號；

電控模塊(8)包括供電單元、信號采集處理以及系統(tǒng)閉環(huán)控制單元，系統(tǒng)工作時，電控模塊的供電單元為光學測頭的可調諧紅外激光諧振腔、穩(wěn)壓激光二極管及壓電陶瓷供電，信號采集單元將干涉信號傳送給計算機進行數據處理，同時，系統(tǒng)閉環(huán)控制單元將系統(tǒng)信號偏差傳送給壓電陶瓷供電單元，由壓電陶瓷帶動參考臂反射鏡運動穩(wěn)定系統(tǒng)工作點。

2.根據權利要求1所述的一種便攜式納米加工在線測量裝置，其特征在于，空間光學元件安裝在光學測頭底板(4)上，并采用微調及夾緊機構進行夾緊及微調角度。

3.根據權利要求2所述的一種便攜式納米加工在線測量裝置，其特征在于，微調及夾緊機構包括微調螺絲(15)、關節(jié)軸承安裝座(16)、關節(jié)軸承外圈(17)、調節(jié)座(18)、關節(jié)軸承內圈(19)和支撐彈簧(20)；其中，關節(jié)軸承調節(jié)座(18)套裝在關節(jié)軸承內圈(19)的內側，關節(jié)軸承安裝座(16)套裝在關節(jié)軸承外圈(17)的外側，空間光學元件安裝在遠離關節(jié)軸承安裝座(16)的調節(jié)座(18)端面上，調節(jié)座(18)與關節(jié)軸承安裝座(16)之間在180°方向上一側通過支撐彈簧(20)連接，另一側通過微調螺絲(15)調節(jié)兩者之間的夾角，其中，微調螺絲(15)與調節(jié)座(18)螺紋連接，微調螺絲(15)的伸出端與關節(jié)軸承安裝座(16)接觸。

4.根據權利要求3所述的一種便攜式納米加工在線測量裝置，其特征在于，調節(jié)座(18)與關節(jié)軸承安裝座(16)之間設置有若干組支撐彈簧(20)和微調螺絲(15)。

5.根據權利要求1所述的一種便攜式納米加工在線測量裝置，其特征在于，光學測頭中還設置有可見光對焦裝置，包括第一點激光器(3)和第二點激光器(14)，工作時，第一點激光器(3)的出射光沿測量光軸方向，第二點激光器(14)的光與測量光軸成一定角度，兩路激光交點為準直透鏡(13)后焦面，當兩個點激光器在被測物(21)上匯聚于一點時，則被測物(21)處于準直透鏡(13)后焦面，同時，能夠對準被測區(qū)域。

6.根據權利要求5所述的一種便攜式納米加工在線測量裝置，其特征在于，光學測頭還設置有干涉信號輔助調節(jié)裝置，包括相機(12)，其與第二點激光器(14)關于測量光軸對稱布置，調節(jié)干涉信號時，先將第二點激光器(14)在被測物(21)表面的反射光調節(jié)到相機(12)的視場中，然后再將光點調節(jié)至相機(21)視場中心，保證被測物(21)表面反射的測量光按原路返回，完成干涉信號的粗調過程。