[发明专利]用于小角度测量的共光路激光干涉装置及测量方法

权利要求书

1.一种用于小角度测量的共光路激光干涉装置，其特征在于：包括玻璃平板（1）、角锥棱镜（2）、发射准直光束的干涉仪的内部光路系统（3）、内部光路系统直线滑移座（5）和与目标固定的目标直线滑移座（4），所述内部光路系统（3）装设于内部光路系统直线滑移座（5）上，所述玻璃平板（1）和角锥棱镜（2）组装于目标直线滑移座（4）上，所述玻璃平板（1）的前后两个表面具有楔角α，所述玻璃平板（1）的前表面与内部光路系统（3）发出的准直光束垂直，所述角锥棱镜（2）的对称轴与所述玻璃平板（1）的光轴重合。

2.根据权利要求1所述的用于小角度测量的共光路激光干涉装置，其特征在于：所述玻璃平板（1）前表面的面形误差要求峰谷值小于λ/10，λ为激光光源的波长，且楔角α取值范围为，10′≤α≤20′。

3.根据权利要求1所述的用于小角度测量的共光路激光干涉装置，其特征在于：所述角锥棱镜（2）的三个正交表面之间的角度误差小于2″。

4.根据权利要求1所述的用于小角度测量的共光路激光干涉装置，其特征在于：所述角锥棱镜（2）与玻璃平板（1）之间的间隙为10 mm ～100mm。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于小角度测量的共光路激光干涉装置，其特征在于：所述干涉仪为斐索型激光干涉仪，所述内部光路系统（3）将干涉图成像到CCD像面上。

6.一种用如权利要求1至5中任一项所述的用于小角度测量的共光路激光干涉装置同时测量直线运动目标的偏摆角和俯仰角的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：调整所述目标直线滑移座（4）使其上的玻璃平板（1）和角锥棱镜（2）与目标同步运动，调整所述内部光路系统（3），使发出的准直光束与目标的直线运动方向一致； 

S2：调整所述玻璃平板（1）与角锥棱镜（2）的位置和姿态，使得所述玻璃平板（1）的前表面与准直光束垂直，干涉图为零条纹或对称条纹；

S3：所述目标直线滑移座（4）带动玻璃平板（1）与角锥棱镜（2）跟随目标沿准直光束方向作直线运动，到达下一个位置后，目标的偏摆或俯仰引起所述玻璃平板（1）前表面相对准直光束倾斜，对应干涉图呈现横条纹或竖条纹；

S4：根据光程差计算得到相应的偏摆角和俯仰角；

S5：重复S2、S3、S4，直到目标已经到达整个运动行程的终点，得到整个运动行程上目标相对初始位置的偏摆角和俯仰角。

7.一种用如权利要求1至5中任一项所述的用于小角度测量的共光路激光干涉装置同时测量直线运动目标的滚转角和偏摆角的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：调整所述目标直线滑移座（4）使其上的玻璃平板（1）和角锥棱镜（2）与目标同步运动，调整内部光路系统直线滑移座（5）使其能以与目标直线滑移座（4）相等的运动步距平行运动，使内部光路系统（3）发出的准直光束与目标的直线运动方向垂直，且准直光束的口径不小于玻璃平板（1）的口径与测量步距之和；

S2：调整所述玻璃平板（1）与角锥棱镜（2）的位置和姿态，使得所述玻璃平板（1）的前表面与准直光束垂直，干涉图为零条纹或对称条纹，且位于内部光路系统（3）的CCD像面上偏与目标运动方向反向的位置；

S3：所述目标直线滑移座（4）带动玻璃平板（1）与角锥棱镜（2）跟随目标沿准直光束方向作直线运动，经过一个步距后到达下一个位置，目标的偏摆或俯仰引起所述玻璃平板（1）前表面相对准直光束倾斜，对应干涉图呈现横条纹或竖条纹，且位于内部光路系统（3）的CCD像面上偏与目标运动方向同向的位置；

S4：根据光程差计算得到目标相对准直光束的滚转角和偏摆角；

S5：所述内部光路系统直线滑移座（5）沿目标的运动方向作直线运动，运动步距等于目标直线滑移座（4）的运动步距；

S6：重复S2、S3、S4和S5，直到目标已经到达整个运动行程的终点，根据相对值代数相加的原理，得到整个运动行程上目标相对初始位置的滚转角和偏摆角。