[发明专利]基于多次通过二分之一波片的光强法滚转角测量装置及方法

说明书

本发明公开一种基于多次通过1/2波片的光强法滚转角测量装置及方法，该装置包括激光器及位于其出射光光路中的1/2波片，1/2波片位于两套棱镜阵列中间，1/2波片的最终出射光轴上设置偏振分光棱镜，偏振分光棱镜的透射光轴和反射光轴上设置第一功率探头和第二功率探头；第一功率探头和第二功率探头通过信号处理电路与计算机连接，本发明利用1/2波片配合棱镜阵列使用时对偏振光作用的可叠加性，将其置于两套棱镜阵列中，提高了滚转角测量的分辨率。

技术领域

本发明属于角度的光电测量领域，尤其涉及一种基于多次通过二分之一波片的光强法滚转角测量装置及方法。

背景技术

滚转角误差作为高档机床几何误差的重要部分，其精度是衡量机床性能与加工精度的重要参考指标之一，它的测量技术水平是高档机床进行误差补偿进而实现高精度加工的前提和基础。

机械导轨运动副一般存在三个方向的角度误差，即俯仰角误差、偏摆角误差和滚转角误差。其中，俯仰角和偏转角误差可通过高精度激光干涉仪进行测量，测量技术已经成熟并能达到很高的精度；对于滚转角误差，由于其误差方向与测量光束方向垂直，无法引入额外的光程差，因而滚转角的测量相对困难，目前国内外还处于一种研究和探索阶段。

当前，国内外对滚转角的测量方法主要有以重力方向为基准的电子水平仪测量方法，基于位置探测元件的准直激光法以及偏振法。其中电子水平仪测量方法主要受限于其测量精度和测量速度，且无法测量竖直轴的滚转角误差，同时针对多维测量系统的开发研究，很难与其它方向的误差测量系统相融合；基于位置探测元件的准直激光法的测量精度受到位置探测元件的精度限制而无法进一步提高，且对光路的调节要求高，容易受到探测元件俯仰、偏摆等位置误差的影响。而以激光偏振方向为基准的偏振法，该方法包括基于光强、相位和频率三种测量方法。

公开号为CN201273815的专利基于光强的偏振法，利用1/2波片作为敏感元件提高测量分辨率。但是上述方法的分辨率与精度较低。公开号为CN102654392A的专利将多次反射法融入基于相位的偏振光的滚转角测量中，较大程度地提高了其测量分辨率。但是上述方法对横向塞曼激光器频率稳定性要求较高，在实际应用中，其测量精度也难以保证。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于多次通过二分之一波片的光强法滚转角测量装置及方法，其不仅结构简单，而且能够很大程度的提高测量精度和灵敏度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

这种基于多次通过二分之一波片的光强法滚转角测量装置包括激光器，在所述激光器的光轴后设有1/2波片；所述1/2波片的两侧分别设有棱镜阵列；在所述1/2波片的最终出射光轴上设置偏振分光棱镜，所述偏振分光棱镜的透射光轴上设有第一功率探头，所述偏振分光棱镜的反射光轴上设有第二功率探头；所述第一功率探头和第二功率探头分别与信号处理电路相连接，所述的信号处理电路与计算机相连接。

进一步，以上设置在所述1/2波片两侧的两套棱镜阵列为第一棱镜阵列和第二棱镜阵列，第一棱镜阵列和第二棱镜阵列平行设置，所述1/2波片位于第一、二棱镜阵列之间。

进一步，上述棱镜阵列为角锥棱镜阵列或者直角棱镜阵列。

一种上述基于多次通过二分之一波片的光强法滚转角测量装置的测量方法，包括以下步骤：

1)激光器发出的光束经过1/2波片后入射到两套棱镜阵列，经两套棱镜阵列反复反射作用使光束往返经过1/2波片n次后，再出射到偏振分光棱镜，由偏振分光棱镜出射的透射光束被第一功率探头接收，视为信号一；上述n为自然数；

2)由偏振分棱镜出射的反射光束被第二功率探头接收，视为信号二；

3)信号一与信号二通过信号处理电路将数据传递给计算机，计算机根据光强的变化量与滚转角之间的关系式计算出1/2波片的角误差即被测滚转角Δθ。