[发明专利]偏振光平面镜参考共光路补偿的二维光电自准直方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种偏振光平面镜参考共光路补偿的二维光电自准直方法与装置，属于精密仪器制造和精密测试计量技术领域。

背景技术

随着精密制造加工技术以及测量技术的不断发展，对二维小角度的测量精度提出越来越高的要求。光电自准直角度测量方法广泛用于小角度测量、高精度角度标校、平板的平面度测量、轴系的角晃动测量、导轨的直线度测量、转台位置不确定度等测量领域，是机械制造、造船、航空航天、计量测试、科学研究等部门必备的常规测量仪器。

激光由于其单色性好、能量密度高的优点，常将其应用在远距离高精度角度测量中，已有许多单位研制出基于激光光源的高精度光电自准直仪(1.林玉池，张萍，赵美蓉，洪昕.野外使用的半导体激光自准直仪.航空精密制造技术，2001，37(3)：35-37；2.马福禄，张志利，周召发.基于M型分划丝的单线阵CCD直线度准直仪.光学技术，2002，28(3)：224-225；3.张尧禹，张明慧，乔彦峰.一种高精度CCD激光自准直测量系统的研究.光电子·激光，2003，14(2)：168-170)，具有测量距离远、灵敏度高的优点，但由于自准直光束的漂移，限制了最终测量不确定度的提高。

目前大部分光电自准直仪的测量不确定度均在0.5″以上，仅有少数能够达到0.5″以下，并且对于测量不确定度优于0.5″的光电自准直仪，测量距离通常小于6m(1.张继友，范天泉，曹学东.光电自准直仪研究现状与展望.计量技术，2004.7：27-29；2.英国TaylorHobson公司的TA51，DA20，DA400型自准直仪操作手册.2002；3.德国MOLLER-WEDEL公司的ELCOMAT vario双轴自准直仪中文操作手册.2004；4.中国船舶工业第6354研究所九江精密测试技术研究所SZY-99型数显自准直仪中文操作手册.2004)。光电自准直仪中光束的漂移是制约测量不确定度的最主要因素，并且测量距离越远漂移量越大，测量不确定度难以得到保证。自准直仪中光束的漂移主要来源于：(1)照明光源出射光强度和方向不稳定引起的漂移；(2)光束传播路径中大气湍流随机抖动引起的漂移；(3)大气梯度折射率的变化引起光线弯曲造成测量结果的漂移。(1.方仲彦，殷纯永，梁晋文.高精度激光准直技术的研究(一).航空计测技术.1997，17(1)：3-6；2.万德安.激光基准高精度测量技术.国防工业出版社.1999，6：58-78；3.党敏，冯其波.提高激光准直精度的途径.光子技术.2006，4(14)：190-193；4.胡新和，杨博雄.半导体激光准直仪及其激光束漂移补偿研究.光学与光电技术.2007，5(3)：25-27)。

抑制或补偿自准直光束的漂移是提高光电自准直仪测量精度的关键，目前抑制或补偿光束漂移量的方法主要有：

(1)利用波带片、位相板、二元光学器件或双缝等产生的衍射或干涉条纹的空间连线对漂移量不敏感的特点，来达到精密测量的目的。如采用波带片在光源和波带片中心连线的某一位置上出现一明亮的十字线，通过调节激光器与波带片之间的可调焦望远镜，可将十字亮线成像在光轴的不同的位置上，将这一光轴作为准直测量中的基准线，由于十字亮线是衍射干涉的结果，故具有较好的抗干扰性，获得了±1×10^-7rad(即0.04″)的准直精度(张善锺，于瀛浩，张之江.直线度平面度测量技术.中国计量出版社，1997：79-81)。但这种方法需要通过不断调整调焦望远镜使十字亮线沿光轴移动，无法实现实时补偿，限制了该方法的应用。

Richard F等人采用的泊松线法，利用平面波照明一个不透明球体，通过衍射的作用在球体后产生一条亮线即泊松线，该亮线垂直于入射平面波并且其反向延长线通过球体中心，利用该泊松线作为测量的基准直线，具有一定的抗干扰能力(Richard F.Schenz et al.Development of an extended straightness measurement reference.UCRL-99540，DE90006781)。但该方法中入射平面波的方向变化会直接影响测量结果。