專利名稱：一種特殊幾何點位移的光學(xué)倍頻激光干涉測量系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種光學(xué)計量領(lǐng)域，涉及一種特歹朱幾何點位移的光學(xué)倍頻激光 干涉測量方法，適用于被測點是纟皮測物的特殊幾4可點，如被測物是空心，測量 點被遮擋或是為敏感區(qū)域。
背景技術(shù)：
1958年激光問世以來，加上現(xiàn)代微電子技術(shù)的發(fā)展，激光干涉儀已成為目 前最精確的長度與位置測量裝置之一，隨著激光的偏振特性被發(fā)現(xiàn)，偏振激光 干涉儀被應(yīng)用在高分辨力位移測量中，它具有光應(yīng)用效率高的特點；典型的邁 克爾遜偏振激光干涉儀原理是將一束圓偏振激光經(jīng)過偏振分光鏡PBS分成P光 和S光，它們經(jīng)參考反射鏡和移動反射鏡以及四分之一波片后原路返回，并在 分光點處重新相遇，最后形成干涉，其中移動反射鏡往往與被測對象連成一體， 測量時，被測對象必須沿著導(dǎo)軌移動，被測點往往就是移動反射鏡所在之處， 對于特殊幾何點測量無法準確測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)中存在的不足之處，提供一種可應(yīng)用于無 導(dǎo)軌運動測量等測量對象自由度較多的復(fù)雜運動以及被測點是被測物的特殊幾 何點，如被測物是空心，測量點被遮擋或是為敏感區(qū)域等。
為達到上述目的，本發(fā)明提供一種特殊幾何點位移的光學(xué)倍頻激光干涉測 量系統(tǒng)及方法。
本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容是一種特殊幾何點位移的光學(xué)倍頻激光千涉測量系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括被測物
6,激光器l,角錐棱鏡單元，偏振分光單元和相干/接收裝置7;
所述的角錐棱鏡單元包括2個角錐棱鏡組；所述每一個角錐棱鏡組包括1個角錐棱鏡和1個平面鏡；所述角錐棱鏡單元中的兩個角錐棱鏡4和5分別設(shè)置在待測特殊幾何點的對稱兩側(cè)，且角錐棱鏡4和5入射面平行于被測物表面并垂直于入射光；
在測量中，在所述角錐棱鏡單元中的一對平面鏡P3，P4的各個反射面分別與角錐棱鏡4和5出射面互相平行，角錐棱鏡面對面放置。
所述的偏振分光單元包括2個偏振分光組；所述每一個偏振分光組包括1個偏振分光鏡，1個平面鏡和一對入/4波片；
所述偏振分光單元的2個偏振分光組分別設(shè)置在所述2個角錐棱鏡組一側(cè)；每一個偏振分光組的一對入/4波片分別設(shè)置在所述一對偏振分光鏡的附近；所述每一個偏振分光組中的平面鏡設(shè)置在所述該組其中一個入/4波片的后面。
所迷角錐棱鏡單元設(shè)置在所述被測物表面，所述偏振分光單元放置在所述角錐棱鏡單元的一側(cè)；所述激光器設(shè)置在所述其中一個偏振分光鏡一側(cè)；所述相千/接收裝置放置在另 一個偏振分光鏡一側(cè)；
所述激光器輸出的光線通過所述偏振分光鏡分為測量光和參考光；所述參考光不經(jīng)過所述角錐棱鏡單元，而通過偏振分光單元后進入所述相干/接收裝置；所迷測量光依次經(jīng)過第一偏振分光鏡進入第一個角錐棱鏡后被平面鏡反射，沿原光路再次進入該角錐棱鏡返回至第 一偏振分光4竟，光線從第一偏振分光鏡進入第二偏振分光鏡，后經(jīng)過第二個偏振分光鏡進入第二個角錐棱鏡，后被平面鏡反射，沿原光路返回進入第二偏振分光鏡后，進入相干/接收裝置和所述參考光形成千涉。
上述所說的被測點是被測物的特殊幾何點，特殊幾何點指被測物是空心，或測量點被遮擋或是為敏感區(qū)域等，在這里我們想表達的意思是激光測量物 體的位移時，往往取被測物一點(在該點粘上反光鏡等)的位移變化，該點的 選取在精密測量中必須是幾何中心(對稱中心)，這樣被測物由于溫度變化引起 形變以及扭擺等引起被測物各點位移變化不一致，在幾何中心點處得到抑制(對
稱性決定的)；但是實際應(yīng)用中被測物的中心點并不一定都能作為被測點例如空
心、被遮擋(光線打不上去)或敏感區(qū)域不能粘貼平面鏡等，甚至被測物中心 區(qū)域就是一個點等。
在具體的應(yīng)用中，系統(tǒng)中，所述一對偏振分光鏡中第一偏振分光鏡2和第 二偏振分光鏡3的分光面之間角度為90度；
設(shè)置在所述第一偏振分光鏡2周圍的X /4波片Bl和A /4波片B2分別設(shè)置 在所述第一偏振分光鏡2的上面和右側(cè)面，且與所述偏振分光鏡鏡面平行；且 所述第一偏振分光鏡2周圍的平面鏡Pl放置在所述A/4波片B2的右側(cè)；
設(shè)置在所述第二偏振分光鏡3周圍的X /4波片B3和入/4波片B4分別設(shè)置 在所述第二偏振分光鏡3的上面和左側(cè)面，且與所述偏振分光鏡鏡面平行；且 所述第二偏振分光鏡3周圍的平面鏡P2放置在所述入/4波片B4的左側(cè)；
所述激光器設(shè)置在第一偏振分光鏡2的下方；所述相干/接收裝置設(shè)置在所 述第二偏振分光4竟3的下方。
在具體的應(yīng)用中，系統(tǒng)還可采取，所述一對偏振分光鏡中第一偏振分光鏡2 和第二偏振分光鏡3的分光面之間平行；
設(shè)置在所述第一偏振分光鏡2周圍的A/4波片Bl和入/4波片B2分別設(shè)置 在所述第一偏振分光鏡2的上面和右側(cè)面，且與所述偏振分光鏡鏡面平行；且 所述第一偏振分光鏡2周圍的平面鏡Pl放置在所述A/4波片B2的右側(cè)；
設(shè)置在所述第二偏振分光鏡3周圍的入/4波片B3和入/4波片B斗分別設(shè)置 在所述第二偏振分光鏡3的上下面，且與所述偏4展分光鏡鏡面平行；且所述第二偏振分光鏡3周圍的平面鏡P2放置在所述A/4波片B4的下方；
所述激光器設(shè)置在第一偏振分光鏡2的下方；所述相干/接收裝置設(shè)置在所述第二偏振分光鏡3的左側(cè)。
另外，系統(tǒng)還可以采用，所迷一對偏振分光4竟中第一偏振分光鏡2和第二偏振分光鏡3的分光面之間平行或互成90度角；
設(shè)置在所述第一偏振分光鏡2周圍的入/4波片Bl和入/4波片B2分別設(shè)置在所述第一偏振分光鏡2的上下面，且與所述偏4展分光鏡鏡面平行；且所述第一偏振分光鏡2周圍的平面鏡P1放置在所述A/4波片B2的下方；
設(shè)置在所述第二偏振分光鏡3周圍的入/4波片B3和入/4波片B4分別設(shè)置在所述第二偏振分光鏡3的上下面，且與所述偏4展分光鏡鏡面平行；且所述第二偏振分光4竟3周圍的平面鏡P2放置在所述人/4波片B4的下方；
所述激光器設(shè)置在第一偏振分光鏡2的右側(cè)；所述相干/接收裝置設(shè)置在所述第二偏振分光鏡3的左側(cè)。
本發(fā)明根據(jù)上述系統(tǒng)還研發(fā)了對特殊幾何點位移的光學(xué)倍頻激光干涉測量方法，
所述測量方法包括如下步驟，
① 確定被測物及待測特殊幾何點；
② 設(shè)置所述的角錐棱鏡組兩個角錐棱鏡分別i殳置在待測特殊幾何點的等距離的兩側(cè)；并在所述兩個角錐棱鏡前方分別設(shè)置兩個平面鏡；
③ 設(shè)置偏振分光單元在所述兩個角錐棱鏡的一側(cè)對稱設(shè)置偏振分光單元；
i,在所述激光器輸出光路上設(shè)置第一偏振分光鏡2;該偏振分光鏡2的分光面與激光器的輸出光路成45度；所述第一偏振分光鏡2將激光器輸出光分成兩束偏振光反射光和透射光；
i i ，在所述第 一偏振分光鏡2的兩個出射面前方設(shè)置有一對X /4波片；并在其中一個A /4波片另一側(cè)設(shè)置平面4竟；
iii，從所述第一偏振分光鏡2輸出的參考光輸入所述的第二偏振分光鏡 3;在所述第二偏振分光鏡3的兩個出射面前方設(shè)置有一對A/4波片； 并在其中一個入/4波片另一側(cè)設(shè)置平面鏡；且在所述第二偏振分光鏡3 周圍設(shè)置有所述相干/接收裝置；
④ 光線測定，所述激光器輸出的激光通過所述偏振分光鏡分為測量光和參 考光；所述參考光不經(jīng)過所述角錐棱鏡單元，而通過偏振分光單元后進 入相干/接收裝置；所迷測量光依次經(jīng)過第一偏振分光鏡進入第一個角錐 棱鏡后被平面鏡反射，沿原光路再次進入該角錐棱鏡返回至第 一偏振分 光鏡，光線從第一偏振分光鏡進入第二偏才展分光鏡，后經(jīng)過第二個偏振 分光鏡進入第二個角錐棱鏡，后被平面鏡反射，沿原光路返回進入第二 偏振分光鏡后，進入相干/接收裝置和所述參考光形成干涉；在測定過程 中，第一偏振分光鏡和第二偏振分光鏡不斷因重新輸入的光線而使偏振 態(tài)發(fā)生改變；
⑤ 測量結(jié)果，所迷測量光和參考光在進入相干/接收裝置之前，被測特殊幾 何點的移動將引起測量光8倍該移動距離，由于參考光固定不動，光程 不改變，測量光和參考光光程差由測量光變化引起，實現(xiàn)8倍頻測量； 相干/接收裝置包括干涉、光電轉(zhuǎn)換、電信號調(diào)理、細分以及計數(shù)顯示等， 這里可以對干涉信號作進一步電子細分可以達到更高的測量精度。
該方法由于采用兩個角錐棱鏡，可以對稱的放置在特殊幾何點(如空心、中心 有遮擋或是中心為敏感物)的兩側(cè)，利用這兩點的位移之和可以準確得到中心 點位移；由于測量光在兩個角錐棱鏡中分別往返兩次，若被測點移動..測量光 將移動85,實現(xiàn)了干涉測量的光學(xué)8倍頻，提高了測量精度；即若被測點移動5， 即角錐棱鏡移動S，測量光在角錐棱鏡里將變化25，由于測量光又原路返回，則其在角錐棱鏡里光程變化4S，同樣測量光又經(jīng)過第二個角錐棱鏡，光程再變化
45，最后測量光變化8S,實現(xiàn)干涉測量的光學(xué)8倍頻
由于測量光在角錐棱鏡中沿原路返回，根據(jù)角錐棱鏡的特點，即使被測對 象在垂直于運動方向的平面內(nèi)發(fā)生任意方向平移，并不影響運動方向的測量精 度。


圖l是本發(fā)明激光干涉測量系統(tǒng)實施例1的光^各示意圖； 圖2是本發(fā)明激光干涉測量系統(tǒng)實施例2的光路示意圖； 圖3是本發(fā)明激光干涉測量系統(tǒng)實施例3的光3各示意圖； 圖4是本發(fā)明激光干涉測量系統(tǒng)實施例4的光-各示意圖； 圖5是本發(fā)明激光千涉測量系統(tǒng)實施例5的光路示意圖； 圖6是本發(fā)明激光干涉測量系統(tǒng)實施例6的光^各示意圖； 上述各幅附圖將結(jié)合下面的具體實施例加以說明。
具體實施例方式
由圖1-圖6可知，本發(fā)明一種特殊幾何點位移的光學(xué)倍頻激光干涉測量方法 由被測物6、激光器1)、測量光路、參考光路以及相干和接收裝置7組成。其 中被測物6上放置兩個角錐棱鏡4和5,測量光路和參考光路由偏振分光鏡2和3、 入/4波片B1 ,B2，B3 ，B4，角錐棱鏡4和5 、平面4竟P1 ,P2，P3 ，P4組成。
實施例1:
如圖l所示，在激光器1輸出光路上設(shè)置笫一偏振分光鏡2，該偏振分光鏡 的分光面與激光器的輸出光路成45°,第一偏振分光4竟2將激光器1輸出光分成兩束偏振光反射光和透射光，其中反射光經(jīng)過X/4波片B2和固定反射鏡P1后， 重新進入該偏振分光鏡，這時偏振態(tài)發(fā)生改變，并乂人偏振分光鏡2透射出來，進 入第二偏振分光鏡3，偏振分光鏡3的分光面與偏l展分光鏡2互成90。， /人偏振分光 鏡2透射出的光同樣在偏振分光鏡3透射，經(jīng)過X/4波片B4和固定反射鏡P2后， 重新進入偏振分光鏡3，這時偏振態(tài)發(fā)生改變，在偏4辰分光鏡3中發(fā)生反射最后 進入相干和接收裝置7，該束光作為干涉系統(tǒng)的參考光束；從偏振分光鏡2透射 的光經(jīng)過X/4波片B1后進入角錐棱鏡4，經(jīng)平面鏡P3反射并原光路返回，在進入 偏振分光鏡2前光束偏振態(tài)發(fā)生改變，經(jīng)偏振分光4竟2分光面反射，進入偏振 分光鏡3后反射，同理經(jīng)過X/4波片B3、角錐棱鏡5和平面鏡P4，并原光路返回， 這時由于偏振態(tài)的改變，光在偏振分光鏡3中透射進入相干和接收裝置7，該束 光作為測量光束，在相干和接收裝置7中與參考光束進行干涉，從而實現(xiàn)干涉測 量。
實施例2:
如圖2所示，與實施例1所不同的是偏振分光鏡3與偏振分光鏡2分光面相互平 行，測量光進入偏振分光鏡3后反射至X/4波片B4和固定反射鏡P2,重新進入偏 振分光鏡3后透射，經(jīng)過人/4波片B3、角錐棱鏡5和平面鏡P4，并原光路返回，在 偏振分光鏡3分光面上反射與透射的參考光在相干和接收裝置7中發(fā)生干涉。
實施例3:
如圖3所示，偏振分光鏡2將激光器1輸出光分成兩束偏振光反射光和透 射光。其中透射光經(jīng)過偏振分光鏡2、 3后進入相干和接收裝置7作為參考光束； 反射光經(jīng)過入/4波片B2和固定反射鏡Pl，進入偏振分光鏡2前偏振態(tài)改變一次，從偏振分光鏡2透射，進入人/4波片Bl后進入角錐棱鏡4，經(jīng)平面鏡P3反射并原 光路返回，在重新進入偏振分光鏡2前光束偏振態(tài)再次發(fā)生改變，經(jīng)偏振分光 鏡2分光面反射，進入偏振分光鏡3，偏振分光4竟3的分光面與偏振分光鏡2互成 90°,這樣光束在偏振分光鏡3分光面上反射進入 J4波片B3、角錐棱鏡5和平面 鏡P3，并原光路返回，這時由于偏振態(tài)的改變，光在偏振分光鏡3中透射，并 進入V4波片B4和固定反射鏡P2，重新進入偏振分光鏡3,這時偏振態(tài)再次發(fā)生 改變，光束在偏振分光鏡3中發(fā)生反射最后進入相干和接收裝置7，成為測量光 束與參考光束發(fā)生干涉。
實施例4:
如圖4所示，與實施例3基本一致，所不同的是偏振分光鏡3與偏振分光鏡2分 光面相互平行，測量光進入偏振分光鏡3后反射至入/4波片B4和固定反射鏡P2， 重新進入偏振分光鏡3后透射，經(jīng)過入/4波片B3、角錐棱鏡5和平面鏡P4，并原光 路返回，在偏振分光鏡3分光面上反射與參考光在相干和接收裝置7中與參考光 束發(fā)生干涉。
實施例5:
如圖5所示，與實施例4基本一致，所不同的是偏振分光鏡2將激光器l輸出 光分成的反射光(即測量光)首先進入人/4波片Bl、角錐棱鏡4，經(jīng)平面鏡P3反 射并原光路返回，在重新進入偏振分光鏡2前光束偏振態(tài)發(fā)生改變，在偏振分 光鏡2中透射，經(jīng)過人/4波片B2和固定反射鏡Pl，進入偏振分光鏡2前偏振態(tài)再 發(fā)生改變，從偏振分光鏡2分光面上反射進入偏^展分光鏡3。實施例6:如圖6所示，與實施例5基本一致，所不同的是偏振分光鏡3與偏振分光鏡2分 光面相互平行，測量光進入偏振分光鏡3后反射進入入/4波片B3、角錐棱鏡5和平 面鏡P4，并原光路返回，這時由于偏振態(tài)的改變，光在偏振分光鏡3中透射， 并進入入/4波片B4和固定反射鏡P2,重新進入偏振分光鏡3,這時偏振態(tài)再次發(fā) 生改變，光束在偏振分光鏡3中發(fā)生反射最后進入相干和接收裝置7中與參考光 束發(fā)生干涉。
權(quán)利要求
1一種特殊幾何點位移的光學(xué)倍頻激光干涉測量系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括被測物(6)，激光器(1)，角錐棱鏡單元，偏振分光單元和相干/接收裝置(7)；所述的角錐棱鏡單元包括2個角錐棱鏡組；所述每一個角錐棱鏡組包括1個角錐棱鏡和1個平面鏡；所述的偏振分光單元包括2個偏振分光組；所述每一個偏振分光組包括1個偏振分光鏡，1個平面鏡和一對λ/4波片；所述角錐棱鏡單元設(shè)置在所述被測物表面，所述偏振分光單元放置在所述角錐棱鏡單元的一側(cè)；所述激光器設(shè)置在所述其中一個偏振分光鏡一側(cè)；所述相干/接收裝置放置在另一個偏振分光鏡一側(cè)；所述激光器輸出的光線通過所述偏振分光鏡分為測量光和參考光；所述參考光不經(jīng)過所述角錐棱鏡單元，而通過偏振分光單元后進入所述相干/接收裝置(7)；所述測量光依次經(jīng)過第一偏振分光鏡(2)進入第一個角錐棱鏡(4)后被平面鏡反射，沿原光路再次進入該角錐棱鏡(4)返回至第一偏振分光鏡(2)，光線從第一偏振分光鏡(2)進入第二偏振分光鏡(3)，后經(jīng)過第二個偏振分光鏡(3)進入第二個角錐棱鏡(5)，后被平面鏡反射，沿原光路返回進入第二偏振分光鏡(3)后，進入相干/接收裝置(7)和所述參考光形成干涉。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種特殊幾何點位移的光學(xué)倍頻激光干涉測量系統(tǒng)， 其特征在于，所述角錐棱鏡單元中的兩個角錐棱鏡(4和5)分別設(shè)置在待測特殊幾何點的 對稱兩側(cè)，且第 一角錐棱鏡(4)和第二角錐棱鏡(5)的入射面與入射光線相互垂直；在所述角錐棱鏡單元中的一對平面鏡(P3,P4)的反射面分別與第一角錐棱鏡(4)和第二角錐棱鏡(5)出射面互相平行，且各個平面鏡(P3，P4)與角錐棱鏡 面對面力丈置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種特殊幾何點位移的光學(xué)倍頻激光干涉測量 系統(tǒng)，其特征在于，被測點是被測物的特殊幾何點，所述特殊幾何點指被測物是空心，或測量 點被遮擋或是為敏感區(qū)域；當激光測量物體的位移時，取被測物一點的位移變 化，該點的選取在精密測量中必須是幾何中心，即對稱中心，這樣被測物由于 溫度變化引起形變以及扭擺等引起被測物各點位移變化不一致，在幾何中心點 處得到抑制。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種特殊幾何點位移的光學(xué)倍頻激光干涉測量系 統(tǒng)，其特征在于，所述偏振分光單元的2個偏振分光組分別i殳置在所述2個角錐棱鏡組一 側(cè)；每一個偏振分光組的一對A /4波片分別設(shè)置在所述一對偏振分光鏡的附近； 所述每一個偏振分光組中的平面鏡設(shè)置在所述該組其中一個A /4波片的后面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種特殊幾何點位移的光學(xué)倍頻激光干涉測量系統(tǒng)， 其特征在于，所述一對偏振分光鏡中第一偏振分光鏡(2)和第二偏振分光鏡(3)的分 光面之間角度為90度；設(shè)置在所述第一偏振分光鏡(2 )周圍的入/4波片Bl和A /4波片B2分別 設(shè)置在所述第一偏振分光鏡(2)的上面和右側(cè)面，且與所述第一偏振分光鏡鏡 面平行；所述第一偏振分光鏡(2 )周圍的平面鏡Pl放置在所述A /4波片B2的 右側(cè)；設(shè)置在所述第二偏振分光鏡(3 )周圍的入/4波片B3和入/4波片B4分別設(shè)置在所述第二偏振分光鏡(3)的上面和左側(cè)面，且與所述第二偏振分光鏡4竟面平行；所述第二偏振分光鏡(3 )周圍的平面鏡P2放置在所述A /4波片B4的 左側(cè)；所述激光器設(shè)置在第一偏振分光鏡(2)的下方；所述相干/接收裝置(7) 設(shè)置在所述第二偏振分光鏡(3)的下方。
6 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種特殊幾何點位移的光學(xué)倍頻激光干涉測量系統(tǒng)， 其特征在于，所述一對偏振分光鏡中第一偏振分光鏡(2)和第二偏振分光鏡(3)的分 光面之間平行；設(shè)置在所述第一偏振分光鏡(2 )周圍的A /4波片Bl和入/4波片B2分別 設(shè)置在所述第一偏振分光鏡(2)的上面和右側(cè)面，且與所述第一偏振分光鏡鏡 面平行；所述第一偏振分光鏡(2 )周圍的平面鏡Pl放置在所述入/4波片B2的 右側(cè)；設(shè)置在所述第二偏振分光鏡(3 )周圍的A /4波片B3和A /4波片B4分別 設(shè)置在所述第二偏振分光鏡(3 )的上下面，且與所述第一偏振分光鏡鏡面平行； 所述第二偏振分光鏡(3)周圍的平面鏡P2放置在所述X/4波片B4的下方；所述激光器設(shè)置在第一偏振分光鏡(2)的下方；所述相干/接收裝置設(shè)置 在所述第二偏振分光鏡(3)的左側(cè)。
7 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種特殊幾何點位移的光學(xué)倍頻激光干涉測量系統(tǒng)， 其特征在于，所述一對偏振分光鏡中第一偏振分光鏡(2)和第二偏振分光鏡(3)的分 光面之間平行或互成90度角；設(shè)置在所述第一偏振分光鏡(2 )周圍的A /4波片Bl和入/4波片B2分別 設(shè)置在所述第一偏振分光鏡(2 )的上下面，且與所述第一偏振分光鏡鏡面平行；所述第一偏振分光鏡(2)周圍的平面鏡Pl放置在所述入/4波片B2的下方； 設(shè)置在所述第二偏振分光鏡(3 )周圍的入/4波片B3和入/4波片B4分別設(shè)置在所述第二偏振分光鏡(3)的上下面，且與所述第二偏振分光鏡鏡面平行；所述第二偏振分光鏡(3)周圍的平面鏡P2放置在所述入/4波片B4的下方； 所述激光器設(shè)置在第一偏振分光鏡(2)的右側(cè)；所述相干/接收裝置設(shè)置在所述第二偏振分光鏡(3)的左側(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一所述系統(tǒng)所實現(xiàn)的對特殊幾何點位移的光學(xué)倍頻激 光干涉測量方法，其特征在于， 所述測量方法包括如下步驟，① 確定被測物及待測特殊幾何點；② 設(shè)置所述的角錐棱鏡組兩個角錐棱鏡分別設(shè)置在待測特殊幾何點的等 距離的兩側(cè)；并在所述兩個角錐棱鏡前方分別"i殳置兩個平面鏡；③ 設(shè)置偏振分光單元在所述兩個角錐棱鏡的一側(cè)對稱設(shè)置偏振分光單元；i,在所述激光器輸出光路上設(shè)置第一偏振分光鏡(2 );該偏振分光鏡(2 ) 的分光面與激光器的輸出光路成45度；所述第一偏振分光鏡(2)將激 光器輸出光分成兩束偏振光反射光和透射光；ii，在所述第一偏振分光鏡(2)的兩個出射面前方設(shè)置有一對A/4波 片；并在其中一個入/4波片另一側(cè)設(shè)置平面鏡；i i i,從所述第 一偏振分光鏡(2 )輸出的參考光輸入所述的第二偏振分 光鏡(3);在所述第二偏振分光鏡(3)的兩個出射面前方設(shè)置有一對X /4波片；并在其中一個人/4波片另一側(cè)設(shè)置平面鏡；且在所述第二偏振 分光鏡(3)周圍設(shè)置有所述相干/接收裝置；④ 光線測定，所述激光器輸出的激光通過所述偏振分光鏡分為測量光和參 考光；所述參考光不經(jīng)過所述角錐棱鏡單元，而通過偏振分光單元后進 入相干/接收裝置；所述測量光依次經(jīng)過第一偏振分光鏡進入第一個角錐棱鏡后被平面鏡反射，沿原光路再次進入該角錐棱鏡返回至第 一偏振分 光鏡，光線從第一偏振分光鏡進入第二偏振分光鏡，后經(jīng)過第二個偏振 分光鏡進入第二個角錐棱鏡，后被平面鏡反射，沿原光路返回進入第二偏振分光鏡后，進入相干/接收裝置和所述參考光形成干涉；在測定過程 中，重新輸入第一偏振分光鏡和第二偏振分光鏡的光線由于入/4波片的 作用偏振態(tài)均發(fā)生90度偏轉(zhuǎn)； ⑤測量結(jié)果所述測量光和參考光在進入相干/4妄收裝置之前，被測特殊幾 何點的移動將引起測量光8倍該移動距離，由于參考光固定不動，光程 不改變，測量光和參考光光程差由測量光變化引起，實現(xiàn)8倍頻測量； 相干/接收裝置包括干涉、光電轉(zhuǎn)換、電信號調(diào)理、細分以及計數(shù)顯示等， 這里可以對干涉信號作進一步電子細分可以達到更高的測量精度。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種光學(xué)計量領(lǐng)域，涉及一種特殊幾何點位移的光學(xué)倍頻激光干涉測量方法，該方法在被測對象上放置兩個角錐棱鏡，對稱的放置在特殊幾何點的兩側(cè)，利用這兩點的位移之和可以準確得到中心點位移；該方法利用偏振分光鏡將激光器輸出光分為測量光和參考光，其中測量光分別經(jīng)過兩個角錐棱鏡，在每個角錐棱鏡中往返兩次，若被測點移動δ，測量光將移動8δ，實現(xiàn)了干涉測量的光學(xué)8倍頻，提高了測量精度；該方法由于測量光在角錐棱鏡中沿原路返回，根據(jù)角錐棱鏡的特點，即使被測對象在垂直于運動方向的平面內(nèi)發(fā)生移動，并不影響運動方向的測量精度，這使得該方法應(yīng)用更廣泛，可應(yīng)用于無導(dǎo)軌運動測量等測量對象自由度較多的復(fù)雜運動。
文檔編號G01B11/02GK101629810SQ20091016262
公開日2010年1月20日 申請日期2009年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月14日
發(fā)明者張鐘華, 辰 李, 李正坤, 青 賀, 趙建亭, 陳允昌, 冰 韓, 魯云峰 申請人:中國計量科學(xué)研究院