[發(fā)明專利]基于光干涉原理的直線度干涉測量方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310339647.6
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN116164673A
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮福榮;張和君;張琥杰;陳源
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市中圖儀器股份有限公司
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26;G01B11/27;G01B9/02015
• 代理公司: 深圳舍穆專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 44398
• 代理人: 邱爽

本公開提供一種基于光干涉原理的直線度干涉測量方法，是利用直線度干涉測量裝置進(jìn)行測量的測量方法，測量裝置包括干涉儀主機(jī)系統(tǒng)、雙渥拉斯頓棱鏡和雙面直角屋脊反射鏡，干涉儀主機(jī)系統(tǒng)包括激光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)和探測接收單元，測量方法包括：激光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射測量光束，測量光束經(jīng)過雙渥拉斯頓棱鏡后分成兩束正交偏振的光，兩束正交偏振的光經(jīng)過雙面直角屋脊反射鏡反射至雙渥拉斯頓棱鏡合為一束光并發(fā)生干涉，探測接收單元接收并解析發(fā)生干涉的光以得到相對距離信息，通過移動(dòng)所述雙渥拉斯頓棱鏡，得到直線導(dǎo)軌上不同點(diǎn)位的相對距離信息并解算出直線導(dǎo)軌的直線度誤差。根據(jù)本公開，能夠顯著提高直線度干涉測量方法的測量精度。

本申請是申請日為2020年12月25日，申請?zhí)枮?02011564821X、發(fā)明名稱為一種對入射角不敏感的直線度干涉測量裝置的專利申請的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及直線度干涉測量方法，具體涉及一種基于光干涉原理的直線度干涉測量方法。

背景技術(shù)

英國專利1409339提到了一種直線度干涉測量裝置，采用單渥拉斯頓棱鏡將沿光軸方向的激光束分成振動(dòng)方向正交的兩束激光。兩束激光的光束指向關(guān)于主光軸近似對稱，兩束光傳播到雙面反射鏡反射后原路返回，并在渥拉斯頓棱鏡處重新匯聚成一束，并沿主光軸返回到系統(tǒng)。雙面反射鏡的角度與渥拉斯頓棱鏡的分束角匹配設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)存在較為明顯的缺點(diǎn)，其一為光束原路返回，容易導(dǎo)致激光穩(wěn)頻失衡，引起激光穩(wěn)定性降低；其二為由于干涉鏡分束角度較小，而光斑存在一定尺寸，存在一定距離的測量盲區(qū)，需要將雙面反射鏡避開這段距離才能實(shí)現(xiàn)正常的測量功能；其三，單渥拉斯頓棱鏡對入射角敏感，不同入射角的光束經(jīng)過渥拉斯頓棱鏡后的分束角有角度差別，會導(dǎo)致直線度測量的斜率誤差較大，因?yàn)閷?shí)際應(yīng)用中，肉眼判斷光束是否正入射難免會存在誤差，尤其是將直線度干涉儀應(yīng)用在垂直度測量的時(shí)候，干涉鏡分別擺放在兩個(gè)垂直軸上時(shí)的入射角不可避免會有差別，在這種情況下不同入射角度的斜率誤差就會很明顯體現(xiàn)在垂直度測量數(shù)據(jù)上，這就導(dǎo)致垂直度測量誤差明顯變大，甚至測量數(shù)據(jù)不可靠；其四，采用單渥拉斯頓棱鏡的形式，由于分束角對入射角度敏感，會導(dǎo)致光束對準(zhǔn)變得困難，往往只能在很小的入射角度范圍內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)滿信號測量。

英國雷尼紹的關(guān)于直線度干涉測量裝置的一個(gè)專利中提出了另一個(gè)方案，采用Rochon棱鏡實(shí)現(xiàn)正交光束的小角度分離，其中O光沿軸向傳播，而e光偏離軸向小角度傳播。通過屋脊反射鏡將兩束光平移一段距離后平行返回，并在Rochon棱鏡處重新合成一束光，兩束返回光形成干涉條紋，通過檢測干涉條紋信息可以得到兩束光的相對運(yùn)動(dòng)情況，從而得到導(dǎo)軌直線度信息。該方案所使用的分束器更容易制造，因此制造成本更低。另外，因?yàn)榫哂幸粋€(gè)不變的光束，因此僅需控制一個(gè)偏離角度，這使得極大的減輕光束對準(zhǔn)難度。但該方案也與上述方案具有相同的問題，即存在測量盲區(qū)以及對入射光束角度敏感的問題。該專利還提到了兩種去除盲區(qū)的方案，均采用了反射鏡的形式，盡管增大了兩束光的剪切距離，解決了盲區(qū)測量問題，但這種結(jié)構(gòu)的分束角跟反射鏡的調(diào)節(jié)息息相關(guān)，對入射光束的角度更加敏感，同樣會導(dǎo)致斜率測量的不穩(wěn)定。影響在垂直度測量中的應(yīng)用。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺陷：

1.現(xiàn)有直線度干涉測量裝置對干涉鏡入射角敏感的問題。現(xiàn)有的直線度鏡組的干涉鏡對入射角度較為敏感，入射角小范圍變化就能導(dǎo)致干涉鏡的分束角發(fā)生較大變化，導(dǎo)致不同入射角測得的直線度斜率相差較大，直線度測量重復(fù)性難以保證，盡管直線度測量時(shí)可以剔除斜率，但將其應(yīng)用在垂直度測量的時(shí)候，斜率的差別將直接體現(xiàn)在垂直度測量誤差上，導(dǎo)致垂直度測量誤差增大，數(shù)據(jù)可靠性降低。

2.現(xiàn)有直線度干涉測量裝置存在測量盲區(qū)的問題。由于直線度鏡組的干涉鏡分束角一般為1.5°以內(nèi)，而輸出激光的光斑一般大于5mm，在這么小的分束角下就不可避免會在激光分束的前一段光束是有大部分重疊的，兩束光難以完全區(qū)分，在這一段距離的激光干涉信號較弱或信號丟失，測量誤差較大或不能測量，因此該段距離也被定義為盲區(qū)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種對入射角不敏感的直線度干涉測量裝置。