[发明专利]一种五自由度外差光栅干涉测量系统

权利要求书

1.一种五自由度外差光栅干涉测量系统，其特征在于：包括单频激光器(1)、声光调制器(2)，所述单频激光器(1)发射单频激光，所述单频激光经光纤耦合、分束后入射至声光调制器(2)得到两路不同频率的线偏振光，一路作为参考光，一路作为测量光；干涉仪镜组(3)和测量光栅(4)，用于将所述参考光和测量光形成测量干涉信号和补偿干涉信号；所述测量光栅(4)数量为一个，即利用一个测量光栅(4)来实现待测物体的五自由度测量；多束光纤束(5)，分别接收所述测量干涉信号和补偿干涉信号，每束光纤束(5)中有多根多模光纤，分别接收同一平面上不同位置处的信号；所述干涉仪镜组(3)包括分光棱镜(31)、直角棱镜(32)、1/4波片(33)、折光元件(34)、反射镜(35)、偏振分光棱镜(36)；干涉仪镜组(3)各部件上下对称分布，分光棱镜(31)位于镜组上层和下层，且呈对称分布，偏振分光棱镜(36)位于镜组中层，折光元件(34)位于镜组顶端，在光路发生90°偏转处设置直角棱镜(32)，直角棱镜(32)与分光棱镜(31)和偏振分光棱镜(36)贴合，如此设置使得测量光和参考光在所述干涉仪镜组(3)里面所经过的路径相同。

2.根据权利要求1所述的一种五自由度外差光栅干涉测量系统，其特征在于：所述参考光经过两个分光棱镜(31)分光、直角棱镜(32)反射后分为三束参考光，三束参考光再经过中间的三个偏振分光棱镜(36)反射后作为三路干涉信号；

所述测量光经过两个分光棱镜(31)分光、直角棱镜(32)反射后分为三束测量光；

三束测量光中的两束依次经过偏振分光棱镜(36)反射，1/4波片(33)，折光元件(34)后，从折光元件(34)左右两边以利特罗角入射到测量光栅(4)，衍射后的光束沿原光路返回，再依次经过1/4波片(33)，中间的两个偏振分光棱镜(36)透射，两个直角棱镜(32)反射，与两束作为干涉信号的参考光分别干涉形成两路测量干涉信号；

第三束测量光经过偏振分光棱镜(36)反射，1/4波片(33)，反射镜(35)反射后，再次经过1/4波片(33)，通过偏振分光棱镜(36)透射，两个直角棱镜(32)反射，与第三束作为干涉信号的参考光干涉形成一路补偿干涉信号。

3.根据权利要求1所述的一种五自由度外差光栅干涉测量系统，其特征在于：所述测量光栅(4)相对于所述干涉仪镜组(3)作二自由度线性运动和三自由度转角运动。

4.根据权利要求3所述的一种五自由度外差光栅干涉测量系统，其特征在于：所述干涉仪镜组(3)上下对称分布，测量光与参考光在所述干涉仪镜组(3)里面所经过的路径相同，当解算二自由度线性位移时，平行方向位移的温漂误差自动消除，垂直方向位移的温漂误差通过补偿干涉信号消除。

5.根据权利要求3所述的一种五自由度外差光栅干涉测量系统，其特征在于：两线性运动的位移是基于多普勒频移原理测量的，精度达到纳米级别；三转角的测量是基于差分波前原理测量的，且转角测量范围为1mrad，精度达到微弧度级别。

6.根据权利要求1所述的一种五自由度外差光栅干涉测量系统，其特征在于：所述补偿干涉信号为一路，所述测量干涉信号为两路，两路测量干涉信号和一路补偿干涉信号分别经所述光纤束(5)接收，每束光纤束(5)中有四根光纤，四根光纤位于同一平面内的不同位置，用于接收四个象限的干涉信号，每束光纤束(5)输出四个光信号，共十二路光信号。

7.根据权利要求1所述的一种五自由度外差光栅干涉测量系统，其特征在于：所述干涉测量系统还包括光电转换单元(6)和电子信号处理部件(7)，其中：所述光电转换单元(6)用于接收所述光纤束(5)传输的光信号并转换为电信号，以输入至所述电子信号处理部件(7)；所述电子信号处理部件(7)接收所述电信号，用以解算所述测量光栅(4)的线性位移和/或转角运动。

8.根据权利要求1所述的一种五自由度外差光栅干涉测量系统，其特征在于：所述测量系统适用于激光干涉仪、光栅干涉仪、外差干涉仪、以及零差干涉仪。

9.根据权利要求2所述的一种五自由度外差光栅干涉测量系统，其特征在于：所述补偿干涉信号可补偿所述测量系统的光纤传输误差。