[發明專利]一種刀具顫振狀態的在線檢測裝置

有效

• 申請號: 202111157590.5
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113932909B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 吉日嘎蘭圖;李文昊;劉兆武;尹云飛;王瑋;糜小濤;李曉天
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 長春中科長光知識產權代理事務所(普通合伙) 22218
• 代理人: 陳新英

1.一種刀具顫振狀態的在線檢測裝置，其特征在于，包括雙頻激光干涉儀（2）、第一分光棱鏡（3）、激光干涉儀Y向測量單元（5）、激光干涉儀X向測量單元（6）、第三分光棱鏡（7）、二維光柵衍射結構單元（9）、光柵Z向位移測量單元（10）、光柵Y向位移測量單元（11）、光柵X向位移測量單元（12）、第三反射鏡（503）、二維光柵（901）和第六反射鏡（604）；

所述雙頻激光干涉儀（2）的雙頻激光包括頻率為f₁的第一光束和f₂的第二光束，所述雙頻激光形成正交線偏振光，所述第一光束和所述第二光束之間具有固定的頻率差，所述頻率差在預設范圍內；

所述第六反射鏡（604）的鏡面固定平行設置在刀具（1）的頂面上；

所述刀具（1）的移動方向設置為Z向，所述二維光柵（901）固定在所述刀具（1）的側面上，所述側面的法向與所述Z向平行；

所述第三反射鏡（503）固定在所述刀具（1）上，所述第三反射鏡（503）的鏡面、所述頂面和所述二維光柵（901）的柵面互相垂直；

所述第六反射鏡（604）的鏡面的法向設置為Y向，所述第三反射鏡（503）的鏡面的法向設置為X向；

所述二維光柵（901）的X向柵距和Y向柵距相等；

所述激光干涉儀Y向測量單元（5）用于測量所述第三反射鏡（503）的沿Y向激光測量位移QD_y1；

所述激光干涉儀X向測量單元（6）用于測量所述第六反射鏡（604）的沿X向激光測量位移QD_x1；

所述雙頻激光經所述第一分光棱鏡（3）透射至所述第三分光棱鏡（7），經所述第三分光棱鏡（7）反射，垂直入射至所述二維光柵（901），經所述二維光柵（901）衍射產生五束衍射光，所述五束衍射光包括垂直所述二維光柵（901）的柵面的第一束衍射光、沿所述X向柵距的第二束衍射光、沿所述X向柵距的第三束衍射光、沿所述Y向柵距的第四束衍射光、沿所述Y向柵距的第五束衍射光；

所述第一束衍射光包括頻率為f₁的0級衍射光和頻率為f₂的0級衍射光；所述第二束衍射光包括頻率為f₁的-1級衍射光和頻率為f₂的-1級衍射光；所述第三束衍射光包括頻率為f₁的+1級衍射光和頻率為f₂的+1級衍射光；所述第四束衍射光包括頻率為f₁的-1級衍射光和頻率為f₂的-1級衍射光；所述第五束衍射光包括頻率為f₁的+1級衍射光和頻率為f₂的+1級衍射光；

所述第一束衍射光入射到所述光柵Z向位移測量單元（10），所述光柵Z向位移測量單元（10）用于測量所述二維光柵（901）的Z向光柵測量位移QD_z；

所述第四束衍射光、所述第五束衍射光經所述二維光柵衍射結構單元（9）入射到所述光柵Y向位移測量單元（11），所述光柵Y向位移測量單元（11）用于測量沿所述二維光柵（901）的Y柵線方向的Y向光柵測量位移（QD_y2、QD_y3）；

所述第三束衍射光、所述第二束衍射光經所述二維光柵衍射結構單元（9）入射到所述光柵X向位移測量單元（12），所述光柵X向位移測量單元（12）用以測量沿所述二維光柵（901）的X柵線方向的X向光柵測量位移（QD_x2、QD_x3）；

所述光柵Z向位移測量單元（10）包括第七反射鏡（1001）、聚光透鏡（1002）和第三光纖耦合器（1003）；

所述第一束衍射光經所述第三分光棱鏡（7）透射至所述第七反射鏡（1001），經所述第七反射鏡（1001）反射至所述聚光透鏡（1002），經所述聚光透鏡（1002）入射至所述第三光纖耦合器（1003）；所述二維光柵衍射結構單元（9）包括第二十一反射鏡（9021）、第二十二反射鏡（9022）、第二十三反射鏡（9023）及第二十四反射鏡（9024）：所述第二十一反射鏡（9021）、所述第二十二反射鏡（9022）、所述第二十三反射鏡（9023）及所述第二十四反射鏡（9024）分別與所述二維光柵（901）的柵面呈角度布置；所述第二十一反射鏡（9021）用以反射所述第五束衍射光；所述第二十三反射鏡（9023）用以反射所述第四束衍射光； 所述第二十二反射鏡（9022）用以反射所述第三束衍射光；所述第二十四反射鏡（9024）用以反射所述第二束衍射光；

所述在線檢測裝置在所述二維光柵衍射結構單元（9）和所述光柵Y向位移測量單元（11）之間還設置有第九反射鏡（1101）；所述光柵Y向位移測量單元（11）包括第三偏振分光棱鏡（1111）、第三四分之一波片（1112）、第十二反射鏡（1113）、第四偏振分光棱鏡（1114）、第四四分之一波片（1115）、第二二分之一波片（1116）、第十三反射鏡（1117）、第六光纖耦合器（1118）和第七光纖耦合器（1119）； 所述第四束衍射光經所述第二十三反射鏡（9023）反射至所述第三分光棱鏡（7），經所述第三分光棱鏡（7）透射至所述第九反射鏡（1101），經所述第九反射鏡（1101）反射至所述第三偏振分光棱鏡（1111）；所述第四束衍射光的頻率為f₁的-1級衍射光經所述第三偏振分光棱鏡（1111）透射至所述第三四分之一波片（1112）后，入射至所述第十二反射鏡（1113），經所述第十二反射鏡（1113）反射至所述第三偏振分光棱鏡（1111），經所述第三偏振分光棱鏡（1111）反射至所述第六光纖耦合器（1118）；所述第四束衍射光的頻率為f₂的-1級衍射光經所述第三偏振分光棱鏡（1111）反射至所述第二二分之一波片（1116）后入射至所述第四偏振分光棱鏡（1114），經所述第四偏振分光棱鏡（1114）透射至所述第七光纖耦合器（1119）；所述第五束衍射光經所述第二十一反射鏡（9021）反射至所述第三分光棱鏡（7），經所述第三分光棱鏡（7）透射至所述第九反射鏡（1101），經所述第九反射鏡（1101）反射至第四偏振分光棱鏡（1114）；所述第五束衍射光的頻率為f₁的+1級衍射光經所述第四偏振分光棱鏡（1114）透射至所述第四四分之一波片（1115）后，入射至所述第十三反射鏡（1117），經所述第十三反射鏡（1117）反射至所述第四偏振分光棱鏡（1114），經所述第四偏振分光棱鏡（1114）反射至所述第七光纖耦合器（1119）；所述第五束衍射光的頻率為f₂的+1級衍射光經所述第四偏振分光棱鏡（1114）反射至第二二分之一波片（1116）后，入射至所述第三偏振分光棱鏡（1111），經所述第三偏振分光棱鏡（1111）透射至所述第六光纖耦合器（1118）；

所述光柵X向位移測量單元（12）包括第一偏振分光棱鏡（1102）、第一四分之一波片（1103）、第十反射鏡（1104）、第一二分之一波片（1105）、第二偏振分光棱鏡（1106）、第二四分之一波片（1107）、第十一反射鏡（1108）、第四光纖耦合器（1109）和第五光纖耦合器（1110）； 所述第二束衍射光經所述第二十四反射鏡（9024）反射至所述第三分光棱鏡（7），經所述第三分光棱鏡（7）透射至所述第九反射鏡（1101），經所述第九反射鏡（1101）反射至所述第一偏振分光棱鏡（1102）；所述第二束衍射光的頻率為f₁的-1級衍射光經所述第一偏振分光棱鏡（1102）透射至所述第一四分之一波片（1103）后入射至所述第十反射鏡（1104），經所述第十反射鏡（1104）反射至所述第一偏振分光棱鏡（1102），經所述第一偏振分光棱鏡（1102）反射至所述第四光纖耦合器（1109）；所述第二束衍射光的頻率為f₂的-1級衍射光經所述第一偏振分光棱鏡（1102）反射至所述第一二分之一波片（1105）后，入射至所述第二偏振分光棱鏡（1106），經所述第二偏振分光棱鏡（1106）透射至所述第五光纖耦合器（1110）；所述第三束衍射光經所述第二十二反射鏡（9022）反射至所述第三分光棱鏡（7），經所述第三分光棱鏡（7）透射至所述第九反射鏡（1101），經所述第九反射鏡（1101）反射至所述第二偏振分光棱鏡（1106）；所述第三束衍射光的頻率為f₁的+1級衍射光經所述第二偏振分光棱鏡（1106）透射至所述第二四分之一波片（1107）后，入射至所述第十一反射鏡（1108），經所述第十一反射鏡（1108）反射至所述第二偏振分光棱鏡（1106），經所述第二偏振分光棱鏡（1106）反射至所述第五光纖耦合器（1110）；所述第三束衍射光的頻率為f₂的+1級衍射光經所述第二偏振分光棱鏡（1106）反射至所述第一二分之一波片（1105）后入射至所述第一偏振分光棱鏡（1102），經所述第一偏振分光棱鏡（1102）透射至所述第四光纖耦合器（1109）；

所述激光干涉儀Y向測量單元（5）包括第二反射鏡（501）、第一干涉儀結構（502）和第一光纖耦合器（504）；所述雙頻激光經所述第一分光棱鏡（3）反射至第二分光棱鏡（4），經所述第二分光棱鏡（4）透射至所述第二反射鏡（501），經所述第二反射鏡（501）入射至所述第一干涉儀結構（502）后，經所述第三反射鏡（503）反射，反射光與所述第一干涉儀結構（502）形成的參考光干涉，形成的干涉光垂直入射至所述第一光纖耦合器（504）；

所述激光干涉儀X向測量單元（6）包括第四反射鏡（601）、第五反射鏡（602）、第二干涉儀結構（603）和第二光纖耦合器（605）；

所述雙頻激光經所述第一分光棱鏡（3）反射至所述第二分光棱鏡（4），經所述第二分光棱鏡（4）反射至所述第四反射鏡（601）、經所述第四反射鏡（601）反射至所述第五反射鏡（602），經所述第五反射鏡（602）入射至所述第二干涉儀結構（603）后，經所述第六反射鏡（604）反射，反射光與所述第二干涉儀結構（603）形成的參考光干涉，形成的干涉光垂直入射至所述第二光纖耦合器（605）。

2.根據權利要求1所述一種刀具顫振狀態的在線檢測裝置，其特征在于，所述預設范圍為2M-3M。