[发明专利]回射式光栅尺测量系统及其应用

权利要求书

1.一种回射式光栅尺测量系统，其特征在于，包括光栅尺测量探头和光栅，其中，所述光栅尺测量探头包括光源、信号输出单元、测量单元和回射单元，所述光源发出的光束入射至所述测量单元，从所述测量单元出射后以非利特罗角度入射至所述光栅上，经光栅衍射后的光束入射至所述回射单元，经所述回射单元回射的光束沿入射光方向原路返回所述光栅上，在光栅上发生第二次衍射后原路返回至所述测量单元，经所述测量单元作用后，入射至所述信号输出单元，从所述信号输出单元输出测量信号。

2.如权利要求1所述的回射式光栅尺测量系统，其特征在于，所述回射单元为反射镜、反射光栅、或者透射光栅与反射镜的组合。

3.如权利要求1所述的回射式光栅尺测量系统，其特征在于，所述光源为激光光源。

4.如权利要求3所述的回射式光栅尺测量系统，其特征在于，所述激光光源为单频激光光源或双频激光光源。

5.如权利要求3或4所述的回射式光栅尺测量系统，其特征在于，所述光源还包括传输光纤和准直器，所述激光光源发出的激光束通过所述传输光纤远程连接至所述准直器，光束经所述准直器处理入射至所述测量单元。

6.如权利要求1所述的回射式光栅尺测量系统，其特征在于，所述测量单元包括偏振分光棱镜、第一四分之一波片、第二反射镜、角锥棱镜和第二四分之一波片，所述光源发出的光束入射至所述偏振分光棱镜，在所述偏振分光棱镜的分光面进行分光，一部分光束经所述第一四分之一波片后入射至所述第二反射镜，被所述第二反射镜反射，并再次经过所述第一四分之一波片后从所述偏振分光棱镜的分光面透射至所述角锥棱镜，经所述角锥棱镜的反射后再次通过所述分光面透射，并依次入射至所述第一四分之一波片和第二反射镜，被第二反射镜反射的光束再次经过四分之一波片后在分光面发生反射，进入所述信号输出单元，作为参考光束；另一部分光束从所述偏振分光棱镜的分光面透射，经第二四分之一波片后以入射角α入射至所述光栅上，并以β角发生衍射，衍射光束入射至所述回射单元，经所述回射单元的回射按原路返回至所述光栅，并沿α角返回测量单元，再次经过所述第二四分之一波片后经所述分光面进行反射，经所述角锥棱镜再次反射，在所述分光面反射后再次入射至光栅，经所述回射单元后原路返回至所述测量单元，最终从所述分光面透射，入射至所述信号输出单元，作为测量光束。

7.如权利要求6所述的回射式光栅尺测量系统，其特征在于，所述信号输出单元根据所述测量光束与所述参考光束得到干涉条纹数，并计算出光栅相对于所述光栅尺测量探头的位移信息。

8.如权利要求1所述的回射式光栅尺测量系统，其特征在于，所述信号输出单元为探测器。

9.如权利要求8所述的回射式光栅尺测量系统，其特征在于，所述探测器采用单一探测器或四象限探测器。

10.如权利要求8或9所述的回射式光栅尺测量系统，其特征在于，所述探测器还包括耦合器和探测光纤，从所述测量单元输出的带有位移信息的信号光由所述耦合器耦合至所述探测光纤，并通过所述探测光纤传输至所述探测器进行探测。

11.一种二维测量系统，采用光栅和两个如权利要求1所述的光栅尺测量探头组成，其特征在于，所述光栅沿X方向设置，所述两个光栅尺测量探头设置于所述光栅的同侧，并以Z方向为对称轴对称设置。

12.一种六自由度测量系统，采用二维光栅和三个如权利要求1所述的光栅尺测量探头组成，其特征在于，所述二维光栅沿X方向和Y方向设置，其中两个光栅尺测量探头沿Y方向设置于X方向的正向或负向，另外一个光栅尺测量探头设置于X方向的负向或正向。