[實(shí)用新型]一種基于反射式單全息光柵的位移測(cè)量系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201920395952.6
• 申請(qǐng)日: 2019-03-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN209894118U
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-01-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高仁祥;李勁松
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)計(jì)量大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01B11/02
• 分類(lèi)號(hào): G01B11/02;G01B9/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于反射式單全息光柵的位移測(cè)量系統(tǒng)，屬于精密位移測(cè)量系統(tǒng)領(lǐng)域，主要用于精密機(jī)械加工行業(yè)，包括激光器、準(zhǔn)直透鏡、光隔離器、反射鏡、分光棱鏡、偏振光分光棱鏡、光電探測(cè)器、高密度全息光柵、1/4波片、信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)；所述激光器發(fā)出光束經(jīng)過(guò)一系列相位及偏振態(tài)的改變，使光電探測(cè)器接收到光強(qiáng)信號(hào)的變化，通過(guò)信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)后傳輸給數(shù)據(jù)采集卡，傳輸給計(jì)算機(jī)顯示微小位移量。該實(shí)用新型采用高密度全息光柵，利用光柵柵距作為測(cè)量基準(zhǔn)，測(cè)量精度高，減小了由于非正交及光柵定位不準(zhǔn)帶來(lái)的位移測(cè)量誤差，減小環(huán)境對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種基于反射式單全息光柵的位移測(cè)量系統(tǒng)，屬于精密位移測(cè)量系統(tǒng)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)水平和工業(yè)生產(chǎn)水平的不斷發(fā)展提高，微小位移量的檢測(cè)在精密機(jī)械加工、表面測(cè)量、物理實(shí)驗(yàn)等眾多領(lǐng)域均得到廣泛的應(yīng)用，當(dāng)今的納米級(jí)高精密測(cè)量方法可按照測(cè)量原理的不同分為三大類(lèi)：顯微鏡測(cè)量方法、電學(xué)測(cè)量方法和光學(xué)測(cè)量方法。

顯微鏡測(cè)量方法可以實(shí)現(xiàn)高分辨率的位移測(cè)量，能達(dá)到原子級(jí)乃至亞原子級(jí)。但是受原理的限制，這種方法測(cè)量范圍小，很難符合精密工件臺(tái)對(duì)大量程的要求。

電學(xué)測(cè)量方法利用電容、電感式傳感器將位移量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量值，再通過(guò)測(cè)量電學(xué)量值間接測(cè)得位移量。這種方法具有分辨率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性能好的特點(diǎn)，但是量程小，難以滿足大量程的要求。已知有專(zhuān)利號(hào)為CN107036518A的中國(guó)專(zhuān)利“電感式位移傳感器固定測(cè)量裝置及其測(cè)量”，這種專(zhuān)利的測(cè)量方法是基于電感因電磁感應(yīng)產(chǎn)生自感或互感的改變來(lái)獲取位移信息。電感式位移測(cè)量方法的缺點(diǎn)如下：頻率響應(yīng)低、不宜用快速動(dòng)態(tài)測(cè)量、受電磁干擾強(qiáng)、且分辨率和示值誤差和示值范圍有關(guān)，示值范圍大時(shí)，分辨率和示值精度將相應(yīng)降低。

其中光學(xué)測(cè)量方法便以其高測(cè)量精度、非接觸、寬動(dòng)態(tài)范圍和易于數(shù)字化等特點(diǎn)在工業(yè)應(yīng)用中顯示出其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)。而激光干涉測(cè)量系統(tǒng)在工業(yè)中被大量應(yīng)用，已知有專(zhuān)利號(hào)為CN105004278B的中國(guó)專(zhuān)利“一種激光干涉位移測(cè)量系統(tǒng)”，其中所述的測(cè)量系統(tǒng)是基于激光干涉分析光程差變化來(lái)獲取位移信息。干涉式位移測(cè)量方法的缺點(diǎn)如下：易受環(huán)境變化的影響，當(dāng)溫度、壓強(qiáng)、相對(duì)濕度不穩(wěn)定時(shí)誤差較大，且操作復(fù)雜。

而光柵式測(cè)量裝置,以穩(wěn)定的光柵柵距作為測(cè)量基準(zhǔn)，具有不易受環(huán)境的干擾，光路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，測(cè)量裝置成本低，適合成品生產(chǎn)，精度高等特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服已有的激光干涉系統(tǒng)成本高、操作復(fù)雜、受環(huán)境因素影響大的缺陷，本實(shí)用新型提出一種基于反射式單全息光柵的位移測(cè)量系統(tǒng)，其有益效果為：

1.采用單光柵，不用擔(dān)心雙光柵因相互摩擦產(chǎn)生劃痕。

2.采用的材料市面可以輕易買(mǎi)到，成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可量產(chǎn)。

3.該位移測(cè)量系統(tǒng)安裝靈活，調(diào)整方便，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可靈活運(yùn)用于各種需精密測(cè)量場(chǎng)景，適用范圍廣。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為：一種基于反射式單全息光柵的位移測(cè)量系統(tǒng)，包括激光器、準(zhǔn)直透鏡、光隔離器、第一反射鏡、第二反射鏡、分光棱鏡、第一偏振光分光棱鏡、第二偏振光分光棱鏡、第三偏振光分光棱鏡、第一光電探測(cè)器、第二光電探測(cè)器、高密度全息光柵、1/4波片、信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)。所述準(zhǔn)直透鏡、光隔離器和高密度全息光柵所在平面兩兩平行，并順次放置在激光器所發(fā)出光束的出射光路上，激光器光束垂直入射；所述第一反射鏡、第二反射鏡分別設(shè)置在激光器兩側(cè)光束±1級(jí)衍射光路處；所述第一偏振分光棱鏡設(shè)置在經(jīng)第一反射鏡、第二反射鏡反射的反射光路上，使兩束反射光垂直入射第一偏振分光棱鏡的兩個(gè)面；所述1/4波片、分光棱鏡依次放置在第一偏振分光棱鏡的出射光路上；所述第二偏振分光棱鏡、第三偏振分光棱鏡分別放置在經(jīng)分光棱鏡出射的兩束光光路上；所述第一光電探測(cè)器、第二光電探測(cè)器分別放置在第二偏振分光棱鏡、第三偏振分光棱鏡后光束的出射光路上。