[发明专利]基于倾斜折叠高反镜的外差干涉法滚转角测量装置及方法有效
申请号: | 201510749315.0 | 申请日: | 2015-11-05 |
公开(公告)号: | CN105444698B | 公开(公告)日: | 2019-03-01 |
发明(设计)人: | 王昭;齐静雅;黄军辉;高建民;余宝 | 申请(专利权)人: | 西安交通大学 |
主分类号: | G01B11/26 | 分类号: | G01B11/26 |
代理公司: | 西安通大专利代理有限责任公司 61200 | 代理人: | 陆万寿 |
地址: | 710049 *** | 国省代码: | 陕西;61 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 基于 倾斜 折叠 高反镜 外差 干涉 转角 测量 装置 方法 | ||
本发明公开了一种基于倾斜折叠高反镜的外差干涉法滚转角测量装置及方法,包括双频激光器,双频激光器的光轴后设置有分光片,分光片的反射光路中依次设置有第一偏振片和第一光电探测器,分光片的透射光路依次设置有1/4波片、1/2波片和高反镜,高反镜将首次通过1/2波片的光束反射,使其再次通过1/2波片,1/2波片后依次设置有接收第二次通过1/2波片光束的第二偏振片和第二光电探测器,第一光电探测器和第二光电探测器均连接相位计,相位计连接计算机,本发明不仅利用了1/2波片与高反镜配合使用时对偏振光作用的可叠加性,还利用了倾斜高反镜对偏振光的调制作用,增大了测量系统的放大倍数,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,具体涉及一种基于倾斜折叠高反镜的外差干涉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。目前基于相位的激光外差干涉法由于其测量精度较高,噪声抑制能力强而应用较广。
公开号为CN1335483A的专利在偏振相位法的基础上,利用1/2波片将原有方法灵敏度在非线性增强的基础上再提高4倍。公开号为CN102654392A和CN102818541A的专利,在前述专利基础上将多次反射法融入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 是上述方法的光学器件较多,结构复杂且调节困难,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,提供一种基于倾斜折叠高反镜的外差干涉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。
为了达到上述目的,本发明基于倾斜折叠高反镜的外差干涉法滚转角测量装置,包括双频激光器,双频激光器的光轴后设置有分光片,分光片的反射光路中依次设置有第一偏振片和第一光电探测器,分光片的透射光路依次设置有1/4波片、1/2波片和高反镜,高反镜将通过1/2波片的光束反射,使其再次通过1/2波片,1/2波片后依次设置有接收第二次通过1/2波片光束的第二偏振片和第二光电探测器,第一光电探测器和第二光电探测器均连接相位计,相位计连接计算机。
所述高反镜包括第一高反镜和第二高反镜,第一高反镜和第二高反镜垂直布置,能够将1/2波片的出射光线反射回1/2波片。
所述高反镜包括第一高反镜和第二高反镜,第一高反镜和第二高反镜倾斜设置,其中第一高反镜的入射角为o1,第二折叠高反镜的入射角为o2,o1+o2=90°。
基于倾斜折叠高反镜的外差干涉法滚转角测量装置的测量方法,包括以下步骤:
步骤一,双频激光器发出的光束经过分光片后,被分成反射光和透射光,其中反射光经第一检偏器后被第一光电探测器接收,作为参考信号;
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