專利名稱：橫向塞曼雙頻激光直線度/同軸度測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光精密測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及應(yīng)用激光進(jìn)行高精度準(zhǔn)直。
清華大學(xué)殷純永等提出一種利用縱向賽曼雙頻激光器測(cè)量直線度/同軸度的方法，其特征是利用四分之一波片將激光器輸出的兩個(gè)圓偏振光變成相互正交的線偏振光，利用雙頻激光進(jìn)行直線度/同軸度測(cè)量，測(cè)量范圍達(dá)到30m。
該方法的實(shí)現(xiàn)裝置構(gòu)成如

圖1所示，包括縱向賽曼激光器11，依次設(shè)置在該激光器發(fā)射端的光路軸線上的望遠(yuǎn)鏡12、四分之一波片13、分光鏡14、反射鏡113、固定套筒17、第一、二渥拉斯頓棱鏡18、19和直角棱鏡110，分別設(shè)置在該分光鏡14、直角棱鏡110及反射鏡113的反射光路上的第一檢偏器15和第一光電接收器16、第二檢偏器111和第二光電接收器112、第三檢偏器114和第三光電接收器115，以及與該各光電接收器相連的由相位器和數(shù)據(jù)處理器構(gòu)成的信號(hào)處理單元。
該裝置的工作原理說(shuō)明如下1、采用縱向賽曼激光器11做光源，該激光器輸出兩個(gè)旋向相反的圓偏振光，這兩個(gè)圓偏振光有一定的頻差；2、讓該圓偏振光通過(guò)望遠(yuǎn)鏡12準(zhǔn)直擴(kuò)束后，經(jīng)過(guò)一個(gè)四分之一波片13，該波片光軸和底面有一定夾角45度，使其變成正交的線偏振光；3、該相互正交的線偏振光通過(guò)一個(gè)分光鏡14后分成兩部分光；4、第一部分光經(jīng)過(guò)第一檢偏器15進(jìn)行合成，由第一光電接收器16接收形成參考信號(hào)；5、第二部分光經(jīng)過(guò)固定套筒17的中心小孔射出，通過(guò)第一渥拉斯頓棱鏡18后，這束含有兩種頻率、偏振方向正交的光分成夾有一小角度的兩束光，再通過(guò)第二渥拉斯頓棱鏡19后，變成兩束平行光，這兩束光沒(méi)有完全分開(kāi)；6、該兩束平行光被直角棱鏡110反射后，再依次通過(guò)渥拉斯頓棱鏡19、18后又變成一束光；7、該束光經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)固定套筒17的下方小孔射出，經(jīng)過(guò)第二檢偏器111進(jìn)行合成，由第二光電接收器112接收形成測(cè)量信號(hào)。
8、該測(cè)量信號(hào)和第4步驟所說(shuō)的參考信號(hào)被送入相位器進(jìn)行相位比較，得到該測(cè)量信號(hào)和參考信號(hào)的相位差。當(dāng)渥拉斯頓棱鏡18或19在水平面內(nèi)沿著垂直于光線傳播方向有移動(dòng)時(shí)，此相位差的變化就反映了移動(dòng)量，即水平方向的直線度；9、將兩個(gè)渥拉斯頓棱鏡和直角棱鏡旋轉(zhuǎn)90度，使反射回的光經(jīng)過(guò)固定套筒的右側(cè)小孔射出，被反射鏡113反射后，經(jīng)過(guò)第三檢偏器114進(jìn)行合成，由第三光電接收器115接收形成測(cè)量信號(hào)。當(dāng)渥拉斯頓棱鏡18或19在豎直面內(nèi)沿著垂直于光線傳播方向有移動(dòng)時(shí)，此相位差的變化就反映了移動(dòng)量，即垂直方向的直線度；10、將渥拉斯頓棱鏡18或19裝在測(cè)量同軸度的靶子上，即可進(jìn)行同軸度測(cè)量。
該系統(tǒng)的光路符合共路原則，對(duì)空氣擾動(dòng)有較強(qiáng)的抑制力；由于采用直角棱鏡做反射體，能夠自動(dòng)補(bǔ)償激光光束的平漂和角漂對(duì)測(cè)量產(chǎn)生的影響，具有自適應(yīng)性；測(cè)量元件可以暫時(shí)移出光路，擋光后數(shù)據(jù)能夠自動(dòng)恢復(fù)，能夠進(jìn)行斷續(xù)測(cè)量；信號(hào)處理采用比相技術(shù)，測(cè)量精度可以到達(dá)0.1度；采用8098單片機(jī)系統(tǒng)智能化穩(wěn)頻，在6小時(shí)內(nèi)變化量小于5KHz，有較高的穩(wěn)頻精度。
為了得到線偏振光，該裝置使用了四分之一波片，激光頭工作過(guò)程中溫度不斷升高，使四分之一波片厚度發(fā)生變化，會(huì)引起測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生漂移，同時(shí)四分之一波片有制造誤差，位相延遲不是嚴(yán)格的90度，以及安裝調(diào)整誤差，都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。為了克服前述缺點(diǎn)，該裝置將四分之一波片進(jìn)行熱隔離，激光頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得比較復(fù)雜。由于該裝置使用固定套筒，在測(cè)量水平方向和垂直方向的直線度時(shí)必須分別采用兩套相同的信號(hào)接收裝置，即第二檢偏器、第二光電接收器及其信號(hào)放大電路和第三檢偏器、第三光電接收器及其信號(hào)放大電路，由于不同電子元器件性能不同和信號(hào)放大電路的調(diào)試結(jié)果不同，造成送入到相位器中的水平方向和垂直方向上的直線度測(cè)量信號(hào)會(huì)有所不同，會(huì)影響測(cè)量結(jié)果的一致性，同時(shí)造成激光頭內(nèi)部部件過(guò)多，尺寸比較大。渥拉斯頓棱鏡存在制造和安裝誤差，在測(cè)量時(shí)，當(dāng)激光光束通過(guò)第一渥拉斯頓棱鏡分成夾有一小角度的兩束光(這兩束光未完全分開(kāi))時(shí)，這兩束光相對(duì)于原入射光束不對(duì)稱，會(huì)造成入射到第二渥拉斯頓棱鏡上的光點(diǎn)位置發(fā)生偏移，影響測(cè)量精度。
本發(fā)明提出的一種橫向賽曼雙頻激光直線度/同軸度測(cè)量裝置，包括雙頻激光器光源、依次設(shè)置在該激光器發(fā)射端的光路軸線上的望遠(yuǎn)鏡、分光鏡、套筒、分束角完全相同的第一、二渥拉斯頓棱鏡和直角棱鏡，分別設(shè)置在該分光鏡、直角棱鏡的反射光路上的第一檢偏器和第一光電接收器、第二檢偏器和第二光電接收器，以及與兩個(gè)光電接收器相連的由信號(hào)放大電路、相位器和數(shù)據(jù)處理器構(gòu)成的信號(hào)處理單元；其特征在于，所說(shuō)的光源采用低頻差穩(wěn)頻橫向賽曼激光器，還包括一對(duì)玻璃光楔，該一對(duì)光楔安裝在該第一渥拉斯頓棱鏡的兩個(gè)端面上；所說(shuō)的套筒為可轉(zhuǎn)動(dòng)90度的活動(dòng)套筒，該套筒上開(kāi)有一中心小孔和一非中心小孔；該第二檢偏器和第二光電接收器固定在該活動(dòng)套筒上，光束通過(guò)活動(dòng)套筒的非中心小孔可被第二光電接收器接收；所說(shuō)的激光源、望遠(yuǎn)鏡、分光鏡、活動(dòng)套筒、第一、第二檢偏器、第一、第二光電接收器均安裝在一個(gè)底座上，構(gòu)成激光頭。
本發(fā)明由于省去了四分之一波片，從原理上消除了溫度漂移對(duì)四分之一波片的影響，消除了四分之一波片造成的非線性誤差。采用橫向塞曼技術(shù)的激光器，其輸出的兩個(gè)激光的頻差很低，約為240KHz，低頻差的好處是有利于相位測(cè)量，能獲得很高的測(cè)量精度。在第一渥拉斯頓棱鏡上裝上一對(duì)玻璃光楔，校正了出射光相對(duì)于原入射光的不對(duì)稱。采用一套信號(hào)接收裝置，既可以接收水平方向的測(cè)量信號(hào)，也可接收垂直方向的測(cè)量信號(hào)。由于所用元器件減少，使得儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸更小。長(zhǎng)距離(15m)漂移的標(biāo)準(zhǔn)偏差由原來(lái)的6μm減少到3.6μm。
圖2為本發(fā)明采用正交線偏振光的直線度/同軸度測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明的實(shí)施例1與已有的干涉儀進(jìn)行直線度測(cè)量的結(jié)果比對(duì)曲線。
所說(shuō)的光源采用橫向賽曼激光器，直接出射兩個(gè)相互正交的線偏振光；所說(shuō)的兩個(gè)渥拉斯頓棱鏡，其分束角完全相同；所說(shuō)的一對(duì)光楔(圖中未示出)安裝在第一渥拉斯頓棱鏡的兩個(gè)端面上，調(diào)節(jié)它們可以校正從第一渥拉斯頓棱鏡出射的兩束光(兩束光未完全分開(kāi))相對(duì)于原入射光的不對(duì)稱；所說(shuō)的第二檢偏器和第二光電接收器固定在活動(dòng)套筒26上，和活動(dòng)套筒可以一同轉(zhuǎn)動(dòng)，光束通過(guò)活動(dòng)套筒的非中心小孔可以被第二光電接收器接收；所說(shuō)的激光源21、望遠(yuǎn)鏡22、分光鏡23、活動(dòng)套筒26、檢偏器24和210、光電接收器25和211都安裝在一個(gè)底座上，構(gòu)成激光頭。
本發(fā)明裝置的工作過(guò)程為正交偏振光先經(jīng)過(guò)分光鏡，將入射光分為兩束，一束作為參考光，另一束作為測(cè)量光。參考光經(jīng)過(guò)第一檢偏器進(jìn)行合成，由第一光電接收器接收轉(zhuǎn)換成交流電信號(hào)—參考信號(hào)。測(cè)量光先通過(guò)第一渥拉斯頓棱鏡后，分開(kāi)一小角度，再通過(guò)第二渥拉斯頓棱鏡后，變成兩束平行光，經(jīng)直角棱鏡反射后，再依次通過(guò)第二渥拉斯頓棱鏡和第一渥拉斯頓棱鏡，又變成一束光，經(jīng)過(guò)第二檢偏器進(jìn)行合成，由第二光電接收器接收轉(zhuǎn)換成交流電信號(hào)—測(cè)量信號(hào)。第一渥拉斯頓棱鏡或第二渥拉斯頓棱鏡的垂直于光路方向的移動(dòng)會(huì)使測(cè)量信號(hào)相對(duì)于參考信號(hào)間的相位發(fā)生變化，用相位器將參考信號(hào)和測(cè)量信號(hào)進(jìn)行相位比較，將結(jié)果送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，就可得到第一渥拉斯頓棱鏡或第二渥拉斯頓棱鏡的移動(dòng)量。
若將第二渥拉斯頓棱鏡和直角棱鏡放于導(dǎo)軌一端，激光頭放于另一端，調(diào)整光路使之平行于導(dǎo)軌，使第一渥拉斯頓棱鏡沿導(dǎo)軌移動(dòng)，即可測(cè)得導(dǎo)軌的水平或垂直方向上的直線度偏差，將第一渥拉斯頓棱鏡裝在特定的靶子上即可用于同軸度測(cè)量。
本發(fā)明的測(cè)量原理為為了實(shí)現(xiàn)斷續(xù)測(cè)量，在量程范圍內(nèi)產(chǎn)生的光程差變化不能超過(guò)一個(gè)波長(zhǎng)，信號(hào)相位的變化必須在±180°內(nèi)，這樣就必須對(duì)測(cè)量范圍和分辨率作統(tǒng)一考慮。取測(cè)量信號(hào)和參考信號(hào)相位變化0.1°對(duì)應(yīng)W1橫向移動(dòng)1μm，這樣對(duì)渥拉斯頓棱鏡27和28來(lái)說(shuō) 式中λ激光波長(zhǎng)θ渥拉斯頓棱鏡的兩出射光之間的夾角C相位卡計(jì)數(shù)器的累加數(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)，有S＝1μm，λ＝0.6328μm，C＝0.1°得θ/2＝0.0025°再根據(jù)sin(θ/2)＝(n0-ne)tgβ得渥拉斯頓棱鏡的楔角β＝0.28°信號(hào)相位每變化0.1°對(duì)應(yīng)渥拉斯頓棱鏡27或28橫向移動(dòng)1μm，信號(hào)一個(gè)周期±180°就代表W1移動(dòng)±1.8mm，這個(gè)測(cè)量范圍在通常的直線度/同軸度測(cè)量中是足夠的。在測(cè)量相位時(shí)，由于信號(hào)不會(huì)跨越一個(gè)周期，保證了讀數(shù)的單值性，而且相位測(cè)量是狀態(tài)測(cè)量，渥拉斯頓棱鏡移出光路，再放回光路中，測(cè)量還能繼續(xù)進(jìn)行，因而可用于同軸度的測(cè)量。
按上述參數(shù)，兩光束分開(kāi)角度θ≈0.005°，可計(jì)算得在30m處兩光束中心分開(kāi)約2.6mm，光斑本身直徑約為8mm左右，因而在30m內(nèi)兩光束中心間距小于光斑半徑，此時(shí)兩光束波前傾斜相關(guān)性大于0.9，對(duì)空氣擾動(dòng)有較強(qiáng)的抵抗力。對(duì)于更長(zhǎng)距離的測(cè)量要求，可以重新設(shè)計(jì)渥拉斯頓棱鏡的楔角，減小兩光束的分開(kāi)角度，這樣增大了位移當(dāng)量，降低了靈敏度，可獲得更好的測(cè)量效果。
采用本發(fā)明裝置進(jìn)行直線度/同軸度測(cè)量方法包括以下步驟1、采用低頻差橫向賽曼激光器做光源21，該激光器輸出兩個(gè)正交的線偏振光，它們的頻差很低，約為240KHz；2、該相互正交的線偏振光通過(guò)望遠(yuǎn)鏡22準(zhǔn)直擴(kuò)束后，通過(guò)一個(gè)分光鏡23后分成兩部分光；
3、第一部分光經(jīng)過(guò)第一檢偏器24進(jìn)行合成，由第一光電接收器25接收形成參考信號(hào)；4、第二部分光經(jīng)過(guò)活動(dòng)套筒26的中心小孔射出，通過(guò)第一渥拉斯頓棱鏡27后，這束含有兩種頻率、偏振方向正交的光分成夾有一小角度的兩束光，再通過(guò)第二渥拉斯頓棱鏡28后，變成兩束平行光，這兩束光沒(méi)有完全分開(kāi)；5、該兩束平行光被直角棱鏡29反射后，反射光束和入射光束平行，再依次通過(guò)渥拉斯頓棱鏡28、27后又變成一束光；6、該束光經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)活動(dòng)套筒26的非中心小孔射出，經(jīng)過(guò)第二檢偏器210進(jìn)行合成，由第二光電接收器211接收形成測(cè)量信號(hào)。
7、該測(cè)量信號(hào)和第4步驟所說(shuō)的參考信號(hào)被送入相位器進(jìn)行相位比較，得到該測(cè)量信號(hào)和參考信號(hào)的相位差。當(dāng)渥拉斯頓棱鏡27或28在水平面內(nèi)沿著垂直于光線傳播方向有移動(dòng)時(shí)，此相位差的變化就反映了移動(dòng)量，即水平方向的直線度；8、將直角棱鏡繞入射光路軸線旋轉(zhuǎn)90度，此時(shí)被直角棱鏡反射的光束也相對(duì)于原位置轉(zhuǎn)過(guò)了90度，接著再將渥拉斯頓棱鏡28、27也旋轉(zhuǎn)90度，使反射光束通過(guò)它們射出，然后將固定有第二檢偏器和第二光電接收器的活動(dòng)套筒旋轉(zhuǎn)90度，使反射光仍能通過(guò)活動(dòng)套筒的非中心小孔，被第二光電接收器接收。此時(shí)當(dāng)渥拉斯頓棱鏡27或28在豎直面內(nèi)沿著垂直于光線傳播方向有移動(dòng)時(shí)，此相位差的變化就反映了移動(dòng)量，即垂直方向的直線度；9、將渥拉斯頓棱鏡27或28裝在測(cè)量同軸度的靶子上，將靶子裝在被測(cè)孔中，按前述方法分別測(cè)出各點(diǎn)的水平方向和垂直方向上的偏差，最后將其合成起來(lái)，即得到孔的同軸度偏差測(cè)量結(jié)果。
本發(fā)明裝置的兩種實(shí)施例分別詳細(xì)說(shuō)明如下實(shí)施例1為測(cè)量直線度。其結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中，采用SJD-5T型橫向塞曼雙頻激光器21，穩(wěn)頻精度10-7，頻差243.6K，頻差穩(wěn)定性為0.5KHz/10hour，兩個(gè)光電接收器25、211的頻率響應(yīng)范圍均為50～500KHz，兩個(gè)渥拉斯頓棱鏡27、28的楔角均為0.28度。將激光頭放于導(dǎo)軌的一端，將直角棱鏡29和第二渥拉斯頓棱鏡28放置于導(dǎo)軌的另一端，第一渥拉斯頓棱鏡27放于可沿導(dǎo)軌移動(dòng)的平臺(tái)上。信號(hào)處理采用丹麥2977相位計(jì)。相位計(jì)的輸出端和計(jì)算機(jī)相連，其輸入端與信號(hào)放大電路的輸出端相連，兩個(gè)光電接收器25、211輸出端和信號(hào)放大器的輸入端相連。本實(shí)施例采用的光電接收器、信號(hào)放大電路和計(jì)算機(jī)均為通用器件。
其測(cè)量方法如下1、激光源21輸出兩個(gè)正交的線偏振光，其頻差為243.6KHz；2、該相互正交的線偏振光通過(guò)望遠(yuǎn)鏡22準(zhǔn)直擴(kuò)束后，通過(guò)分光鏡23后分成兩部分光；3、第一部分光經(jīng)過(guò)第一檢偏器24進(jìn)行合成，由第一光電接收器25接收形成參考信號(hào)；4、第二部分光經(jīng)過(guò)活動(dòng)套筒26的中心小孔射出，通過(guò)第一渥拉斯頓棱鏡27后，分成夾有一小角度的兩束光，再通過(guò)第二渥拉斯頓棱鏡28后，變成兩束平行光，這兩束光沒(méi)有完全分開(kāi)；5、該兩束平行光被直角棱鏡29反射后，反射光束和入射光束平行，再依次通過(guò)兩個(gè)渥拉斯頓棱鏡后又變成一束光；6、該束光經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)活動(dòng)套筒26的非中心小孔射出，經(jīng)過(guò)第二檢偏器210進(jìn)行合成，由第二光電接收器211接收形成測(cè)量信號(hào)。
7、該測(cè)量信號(hào)和第四步驟所說(shuō)的參考信號(hào)被送入相位器進(jìn)行相位比較，由計(jì)算機(jī)計(jì)算得到二者的相位差。當(dāng)?shù)谝讳桌诡D棱鏡所在的平臺(tái)沿導(dǎo)軌移動(dòng)時(shí)，相位差發(fā)生變化，其變化就直接反映了導(dǎo)軌的直線度。
8、測(cè)出平臺(tái)在各個(gè)位置時(shí)參考信號(hào)相對(duì)于測(cè)量信號(hào)的相位差，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理后就得到了導(dǎo)軌水平方向上的直線度偏差。
9、將直角棱鏡繞入射光路軸線旋轉(zhuǎn)90度，此時(shí)被直角棱鏡反射的光束也相對(duì)于原位置轉(zhuǎn)過(guò)了90度，接著再將渥拉斯頓棱鏡28、27也旋轉(zhuǎn)90度，使反射光束通過(guò)它們射出，然后將固定有第二檢偏器和第二光電接收器的活動(dòng)套筒旋轉(zhuǎn)90度，使反射光仍能通過(guò)活動(dòng)套筒的非中心小孔，被第二光電接收器接收。重復(fù)步驟8，就可以測(cè)出導(dǎo)軌在垂直方向上的直線度偏差。實(shí)施例2為測(cè)量長(zhǎng)孔的同軸度。其結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中，采用SJD-5T型橫向塞曼雙頻激光器21，穩(wěn)頻精度10-7，頻差243.6K，頻差穩(wěn)定性為0.5KHz/10hour，兩個(gè)光電接收器25、211的頻率響應(yīng)范圍均為50～500KHz，兩個(gè)渥拉斯頓棱鏡27、28的楔角均為0.28度。將激光頭放于被測(cè)長(zhǎng)孔的一端，將直角棱鏡29和第二渥拉斯頓棱28鏡放置于被測(cè)長(zhǎng)孔的另一端，測(cè)量此長(zhǎng)孔同軸度的靶子外徑和長(zhǎng)孔的內(nèi)徑相等，第一渥拉斯頓棱鏡27被鑲嵌在靶子正中，靶子放在被測(cè)長(zhǎng)孔中并能沿長(zhǎng)孔移動(dòng)。信號(hào)處理采用丹麥2977相位計(jì)。相位計(jì)的輸出端和計(jì)算機(jī)相連，其輸入端與信號(hào)放大電路的輸出端相連，兩個(gè)光電接收器25、211輸出端和信號(hào)放大器的輸入端相連。本實(shí)施例采用的光電接收器、信號(hào)放大電路和計(jì)算機(jī)均為通用器件。
其測(cè)量方法如下1、激光源21輸出兩個(gè)正交的線偏振光，其頻差為243.6KHz；2、該相互正交的線偏振光通過(guò)望遠(yuǎn)鏡22準(zhǔn)直擴(kuò)束后，通過(guò)分光鏡23后分成兩部分光；3、第一部分光經(jīng)過(guò)第一檢偏器24進(jìn)行合成，由第一光電接收器25接收形成參考信號(hào)；4、第二部分光經(jīng)過(guò)活動(dòng)套筒26的中心小孔射出，并射入到被測(cè)長(zhǎng)孔中，通過(guò)安裝在被測(cè)長(zhǎng)孔中的靶子上的第一渥拉斯頓棱鏡27后，分成夾有一小角度的兩束光，從被測(cè)長(zhǎng)孔中射出，再通過(guò)第二渥拉斯頓棱鏡28后，變成兩束平行光，這兩束光沒(méi)有完全分開(kāi)；5、該兩束平行光被直角棱鏡29反射后，反射光束和入射光束平行，再依次通過(guò)兩個(gè)渥拉斯頓棱鏡后又變成一束光，入射光和反射光都通過(guò)了被測(cè)長(zhǎng)孔；
6、該束光經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)活動(dòng)套筒26的非中心小孔射出，經(jīng)過(guò)第二檢偏器210進(jìn)行合成，由第二光電接收器211接收形成測(cè)量信號(hào)。
7、該測(cè)量信號(hào)和第4步驟所說(shuō)的參考信號(hào)被送入相位器進(jìn)行相位比較，由計(jì)算機(jī)計(jì)算得到二者的相位差。
8、當(dāng)裝有第一渥拉斯頓棱鏡的靶子在被測(cè)長(zhǎng)孔中移動(dòng)時(shí)，相位差發(fā)生變化。用實(shí)施例1中所說(shuō)的方法分別測(cè)出長(zhǎng)孔各點(diǎn)同軸度在水平方向和垂直方向上的分量，合成起來(lái)就得到了被測(cè)長(zhǎng)孔的同軸度。
本發(fā)明實(shí)施例的激光源頻差穩(wěn)定精度達(dá)到0.5KHz/hour，此時(shí)當(dāng)測(cè)量距離為30m時(shí)，由頻差變化引起的誤差Δ＜0.4μm；輸出的一對(duì)正交的線偏振光的橢偏度分別為0.034和0.021，偏離角為4’，有相當(dāng)好的偏振正交性；兩個(gè)線偏振光的頻差為243.6KHz，有更高的相位相對(duì)測(cè)量精度；在15m的測(cè)量距離上30分鐘的示值漂移為3.6μm；示值線性相關(guān)系數(shù)大于0.9999；整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定性為2μm/h。
采用本實(shí)施例1裝置和已有的用角差法測(cè)直線度的干涉儀進(jìn)行了直線度測(cè)量比對(duì)。測(cè)量結(jié)果在30m范圍內(nèi)測(cè)量分辨率達(dá)到1μm，15m處的測(cè)量示值標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.6μm(原采用縱向賽曼激光器做光源的發(fā)明專利樣機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為6μm)，比對(duì)結(jié)果如圖3所示。圖3中橫坐標(biāo)為各測(cè)量點(diǎn)到初始測(cè)量點(diǎn)的距離，縱坐標(biāo)為各測(cè)量點(diǎn)的直線度偏差，圓點(diǎn)標(biāo)記的曲線為用角差法直線度測(cè)量干涉儀的測(cè)量結(jié)果，正方形標(biāo)記的曲線為本發(fā)明實(shí)施例1裝置的測(cè)量結(jié)果。二者吻合的很好。因角差法是間接測(cè)量直線度，其測(cè)得每點(diǎn)直線度偏差與前一點(diǎn)測(cè)量結(jié)果有關(guān)，而本發(fā)明是直接反映導(dǎo)軌的直線度變化，因此隨測(cè)量距離的增大，兩個(gè)測(cè)量結(jié)果有一定的偏差是完全正常的。
權(quán)利要求
1.一種橫向賽曼雙頻激光直線度/同軸度測(cè)量裝置，包括雙頻激光器光源、依次設(shè)置在該激光器發(fā)射端的光路軸線上的望遠(yuǎn)鏡、分光鏡、套筒、分束角完全相同的第一、二渥拉斯頓棱鏡和直角棱鏡，分別設(shè)置在該分光鏡、直角棱鏡的反射光路上的第一檢偏器和第一光電接收器、第二檢偏器和第二光電接收器，以及與兩個(gè)光電接收器相連的由信號(hào)放大電路、相位器和數(shù)據(jù)處理器構(gòu)成的信號(hào)處理單元；其特征在于，所說(shuō)的光源采用低頻差穩(wěn)頻橫向賽曼激光器，還包括一對(duì)玻璃光楔，該一對(duì)光楔安裝在該第一渥拉斯頓棱鏡的兩個(gè)端面上；所說(shuō)的套筒為可轉(zhuǎn)動(dòng)90度的活動(dòng)套筒，該套筒上開(kāi)有一中心小孔和一非中心小孔；該第二檢偏器和第二光電接收器固定在該活動(dòng)套筒上，光束通過(guò)活動(dòng)套筒的非中心小孔可被第二光電接收器接收；所說(shuō)的激光源、望遠(yuǎn)鏡、分光鏡、活動(dòng)套筒、第一、第二檢偏器、第一、第二光電接收器均安裝在一個(gè)底座上，構(gòu)成激光頭。
全文摘要
本發(fā)明屬于激光精密測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，包括雙頻激光器光源、依次設(shè)置在該激光器發(fā)射端的光路軸線上的望遠(yuǎn)鏡、分光鏡、套筒、兩個(gè)渥拉斯頓棱鏡和直角棱鏡，分別設(shè)置在該分光鏡、直角棱鏡的反射光路上的兩個(gè)檢偏器和光電接收器，以及與兩個(gè)光電接收器相連的由信號(hào)放大電路、相位器和數(shù)據(jù)處理器構(gòu)成的信號(hào)處理單元。本發(fā)明從原理上消除了四分之一波片帶來(lái)的熱漂移和非線性誤差；在第一渥拉斯頓棱鏡上裝上一對(duì)玻璃光楔用以校正出射光相對(duì)于原入射光的不對(duì)稱；采用一套可轉(zhuǎn)動(dòng)的信號(hào)接收裝置；具有激光頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，儀器尺寸小；激光光源的穩(wěn)頻精度高；長(zhǎng)距離漂移的偏差小等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01B11/26GK1417556SQ01134379
公開(kāi)日2003年5月14日 申請(qǐng)日期2001年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月2日
發(fā)明者殷純永, 陳強(qiáng)華, 吳健 申請(qǐng)人:清華大學(xué)