[發明專利]用于滾轉角和直線度測量的激光干涉系統

在審

• 申請號: 201810335853.9
• 申請日: 2018-04-13
• 公開（公告）號: CN108489424A
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發明（設計）人: 金濤;唐一揆;韓夢瑩;劉景林;侯文玫
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26;G01B11/27
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根;徐穎

本發明涉及一種用于滾轉角和直線度測量的激光干涉系統，讓角位移的信息量在兩束頻率不同的激光的光程差中體現出來，實現滾轉角與直線度的測量，通過分光器件，使兩束激光在同一個系統中分別攜帶不同的光學信息，以此反映出滾轉角與直線度的變化，實現同一系統滾轉角和直線度的測量。測量精度達到納米級，測量結果可以直接溯源，結構簡單且穩定可靠。

技術領域

本發明涉及一種精密測量技術，特別涉及一種用于滾轉角和直線度測量的激光干涉系統。

背景技術

在軍工、航天、數控機床等高科技領域中，精密基準計量和幾何量精密測量具有非常重要的作用，特別是滾轉角和直線度的測量技術，越來越引起人們的重視。侯文玫等人發明的滾轉角測量的激光干涉系統(CN 101650166A，US 8325348)，揭示了一種測量機械裝置行進時滾轉角高精度測量的方法，但是無法使用該干涉系統直接測量直線度。Sommargren等人的美國專利US 4787747采用兩個部分反射鏡來分別反射兩束偏振光束，實現直線度測量，但是由于反射鏡的光軸沿水平方向相隔的距離需設定為等于兩光束之間相隔的間距，因此增加了干涉系統調整的難度。侯文玫等人(CN 101650518)在此基礎上結合他們發明的滾轉角系統提出了一種直線度測量方法。該方法也只針對直線度有效，無法直接測量滾轉角。

發明內容

本發明是針對滾轉角和直線度測量不可兼得的問題，提出了一種用于滾轉角和直線度測量的激光干涉系統，實現滾轉角和直線度的測量。

本發明的技術方案為：一種用于滾轉角和直線度測量的激光干涉系統，兩個大小對稱的直角三棱鏡，將兩個直角三棱鏡的直角邊長度相等的平面相互膠合，膠合面上鍍有一層偏振分光膜PBS構成Koster棱鏡，Koster棱鏡、第一 1/4波片、兩個相同斜面的楔角棱鏡上下膠合而成的楔角棱鏡及兩個同樣大小與性質的楔角反射鏡上下膠合而成楔角反射鏡依次上下對稱放置在同一光軸上；第一激光源的光束從Koster棱鏡的第一直角三棱鏡的斜面入射到Koster棱鏡的偏振分光膜上，并同時激光源提供參考電信號到第一相位計；偏振分光膜將光束分為兩束偏振方向相互正交的p光和s光，其中p光的振動方向平行于入射面，s光的振動方向垂直于入射面，p光和s光分別經由第二直角三棱鏡的斜面和第一直角三棱鏡的斜面反射，從兩個直角三棱鏡組成的直角面射出Koster 棱鏡，依次經過第一1/4波片到達楔角棱鏡兩個斜面，經過楔角棱鏡內部折射出射到楔角反射鏡兩個斜面，再經過楔角反射鏡反射原路返回，再進入Koster 棱鏡被合光后從第二直角三棱鏡的斜面出射到角隅棱鏡后經過反射輸出高度不同的平行光，平行光再次進入Koster棱鏡分光進入第一1/4波片、楔角棱鏡和楔角反射鏡后返回進入Koster棱鏡合光從第一直角三棱鏡的斜面出射通過第一起偏器后，由第一光電檢測器接收，轉變成為測量電信號進入第一相位計，楔角棱鏡前后移動，根據第一相位計得到的測量電信號與參考電信號之間的相位差測得；

第二激光源的光束從Koster棱鏡的第二直角三棱鏡的斜面入射到Koster棱鏡的偏振分光膜上，并同時激光源提供參考電信號到第二相位計；經過Koster棱鏡分光后從兩個直角三棱鏡組成的直角面射出Koster棱鏡，依次經過第一1/4 波片到達楔角棱鏡兩個斜面，經過楔角棱鏡內部折射出射到楔角反射鏡兩個斜面，再經過楔角反射鏡反射原路返回，再進入Koster棱鏡被合光后從第一直角三棱鏡的斜面出射到第二1/4波片線偏振光轉變為圓偏振光后進入角隅棱鏡經過反射輸出高度不同的平行光再經過第二1/4波片圓偏振光轉變為線偏振光后，再次進入Koster棱鏡分光進入第一1/4波片、楔角棱鏡和楔角反射鏡后返回進入Koster棱鏡合光從第二直角三棱鏡的斜面出射通過第二起偏器后，由第二光電檢測器接收，轉變成為測量電信號進入第二相位計，楔角棱鏡繞光軸方向產生滾轉角，根據第二相位計得到的測量電信號與參考電信號之間的偏移量測得。

本發明的有益效果在于：本發明用于滾轉角和直線度測量的激光干涉系統，測量精度達到納米級，測量結果可以直接溯源，結構簡單且穩定可靠。

附圖說明