[发明专利]光学测位移装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学测位移装置。

背景技术

外差干涉测位移仪能够以简单的相位比较取得较高的测量分辨力，由于其结构简单，抗干扰能力强等优势，广泛应用于纳米测量技术领域。制造业的发展迫切需要对高速加工过程中的物体进行测量和定位，高测速则需要高频差。

国内外的一些双频激光干涉测位移仪多采用塞曼效应产生双频，基于塞曼效应的双频激光干涉测位移仪的测量准确度受光学系统本身的非线性误差的限制, 且频差小，最大频差一般不超过4MHz, 测量的速度不能太高。利用双反射膜法得到双频，最高频差为6MHz,测速最大可达1.8m/s。

上世纪90年代初清华大学课题组研制的双折射双频激光测位移仪，可以产生从40MHz到1GHz左右的大频差，其外差信号要求的处理电路较为复杂，技术难度大。

后期清华大学课题组研制出一种新型的塞曼-双折射双频激光测位移仪，输出频差为3-40MHz,最高测速可达4m/s,但是其信号处理上极为复杂。

如今市场上成熟的产品有美国的Agilent (前身为HP) 、ZYGO、英国的Renishaw，其产品各具特点,售价也都很昂贵。其中ZYGO公司的部分激光干涉测位移仪采用声光调制法获得双频，其频差可以达到20MHz，最高测速可达5.1m/s。中国的普锐也研发了基于塞曼效应的外差干涉测位移仪。但是上述测位移仪的频率稳定性较差，导致测位移精度不高。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种光学系统简单且测量精度高的光学测位移装置。

为了实现上述目的，本发明采用了以下结构：

<结构1>

本发明提供一种光学测位移装置，用于对加工过程中高速移动的被测物体进行位移的测定，其特征在于，具有：光源，用于发射激光；七面分光棱镜，接收激光并将激光分成沿水平方向出射且频率相同的平行反射光和平行透射光；第一光调制器，用于接收平行反射光并对平行反射光进行光调制形成第一出射光；第二光调制器，用于接收平行透射光并对平行透射光进行光调制形成与第一出射光的频差为1 MHz～100 MHz的第二出射光；偏振分光镜，具有上偏振分光膜和下偏振分光膜，上偏振分光膜接收第一出射光，并将第一出射光分为正交的第一透射光和第一反射光，下偏振分光膜接收第二出射光，并将第二出射光分为正交的第二透射光和第二反射光；第一四分之一波片，设置于偏振分光镜的上方，使两次经过第一四分之一波片的第一反射光转变为能够透射偏振分光镜的上偏振分光膜和下偏振分光膜的第一反射偏振光；第二四分之一波片，设置于偏振分光镜的一侧，使两次经过第二四分之一波片的第一透射光转变为能够被偏振分光镜的上偏振分光膜和下偏振分光膜反射的第一透射偏振光；第一角锥棱镜，设置于第一四分之一波片的上方，使第一反射偏振光沿平行于原光路的方向返回至偏振分光镜；第二角锥棱镜，设置于被测物体上，位于第二四分之一波片的旁侧，使第一透射偏振光沿平行于原光路的方向返回至偏振分光镜；第一偏振片，设置于偏振分光镜的旁侧，位于第一透射偏振光的光路上，使第二透射光与经过偏振分光镜反射的第一透射偏振光发生干涉形成第一干涉光；第二偏振片，设置于偏振分光镜的下方，位于第一反射偏振光的光路上，使第二反射光与经过偏振分光镜透射的第一反射偏振光发生干涉形成第二干涉光；第一光接收器，设置于第一偏振片的旁侧，将接收到的第一干涉光的光强信号转化为测量信号；以及第二光接收器，设置于第二偏振片的下方，将接收到的第二干涉光的光强信号转化为参考信号。

另外，本发明光学测位移装置中，光源为He-Ne激光器。

另外，本发明光学测位移装置中，激光为圆偏振光和偏振方向与水平轴成45°的线偏振光中的一种。

进一步，本发明光学测位移装置中，第二透射光为水平偏振光，第二反射光为竖直偏振光。

<结构2>