[发明专利]一种用于瞬态三坐标测量的光纤点衍射干涉装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于瞬态三坐标测量的光纤点衍射干涉装置，包括：光源，提供初始的入射光至光路调整模块；光路调整模块，将入射光分为若干束偏振光射出；数字偏振相机，接收出射光并采集所需干涉图像；计算机，与数字偏振相机连接，处理图像信息。本发明的实质性效果包括：采用偏振数字相机采集p偏振光和s偏振光经快轴方向与X轴呈45°夹角的四分之一波片得到的旋向相反的圆偏振光，两个旋向相反的偏振光经偏振数字相机前置的偏振片阵列后发生干涉，随着偏振片的透光轴方向旋转，干涉条纹相位也随之改变，无需PZT来实现微位移，降低了检测系统元件的复杂程度，提高了点衍射干涉系统的抗干扰能力。

技术领域

本发明涉及光学测量技术领域，尤其是涉及一种用于瞬态三坐标测量的光纤点衍射干涉装置及方法。

背景技术

随着工业测量需求的不断增长，对三维绝对位移测量系统的测量精度和测量速度要求也越来越高。基于点衍射干涉的三维坐标测量系统，由于其便携性和实时性等特点为实现无导轨三坐标测量提供了一种可行的方法。点衍射干涉仪中的一种常见结构是光纤点衍射干涉系统，其中单模光纤出射端产生的高精度点衍射波前一部分由被测面反射后，返回到单模光纤出射端，再经过一次反射称为检测波前与参考波前经透镜成像后发生干涉，产生的干涉条纹由CCD探测器接收，通过分析干涉图计算得到待测面的误差。近年来点衍射干涉技术快速发展，提出了多光纤点衍射干涉仪。一根光纤产生的点衍射波前经待测物体反射成为检测波前，另一根光纤产生的点衍射波前作为参考波前，两者发生干涉，产生的干涉条纹被CCD探测器所接收。通过由计算机控制的压电陶瓷(PZT)得到微小位移，使得与PZT连接的反射镜也响应发生微位移，再利用多步移相算法得到相位差矩阵。最后利用迭代算法对相位矩阵对应的数学模型进行求解，便获得探头的三维绝对位移量。多光纤点衍射干涉仪的优点是可以耦合不用性质的光束，并且可以方便地调节条纹对比度。

授权公告号CN104390603B的发明公开了一种微球面型短相干点衍射干涉测量系统及测量方法。该发明装置包括短相干激光器、第一λ/2波片、直角反射镜、偏振分光棱镜、第一角锥棱镜、第一平面镜、第二角锥棱镜、PZT移相器、延迟平台、第二λ/2波片、光纤耦合镜、单模保偏光纤、会聚透镜、针孔镜、第一准直透镜、λ/4波片、显微物镜、第二平面镜、第二准直透镜、偏振片、面阵CCD和计算机；方法采用λ/4波片结合偏振片的光路结构，对干涉场内的光束进行选择，降低其中的直流分量，提高干涉条纹的对比度，实现对比度的优化可调。

现有技术多光纤点衍射干涉仪采用PZT来实现相移，但是PZT响应频率有限，一般在1kHz以下。因此要实现多步相移需要一个相对较长的时间间隔，无法实现瞬态位置三坐标的测量，只能测量固定点三维坐标值。

发明内容

针对现有技术无法实现瞬态位置三坐标的测量的问题，本发明提供了一种用于瞬态三坐标测量的光纤点衍射干涉装置及方法，将偏振数字相机与点衍射干涉相结合，省去了PZT移相器，以实现对瞬态三维坐标的测量。

以下是本发明的技术方案。

一种用于瞬态三坐标测量的光纤点衍射干涉装置，包括：光源，提供初始的入射光至光路调整模块；光路调整模块，将入射光分为若干束偏振光射出；数字偏振相机，接收出射光并采集所需干涉图像；计算机，与数字偏振相机连接，处理图像信息。通过数字偏振相机，省去了PZT移相器，实现瞬态三维坐标的测量。

作为优选，所述光路调整模块包括：偏振片、二分之一波片、偏振分光棱镜、四分之一波片Ⅰ、光纤耦合器Ⅰ、亚微米孔径光纤Ⅰ、四分之一波片Ⅱ、反射镜、四分之一波片Ⅲ、光纤耦合器Ⅱ、亚微米孔径光纤Ⅱ以及测量探头；位置关系为：入射光通过偏振片和二分之一波片射入偏振分光棱镜，分为透射光p和反射光s，透射光p经四分之一波片Ⅲ被光纤耦合器Ⅱ耦合进入亚微米孔径光纤Ⅱ，反射光s经过四分之一波片Ⅱ被反射镜反射回来，再经四分之一波片Ⅰ被光纤耦合器Ⅰ耦合进入亚微米孔径光纤Ⅰ，亚微米孔径光纤Ⅰ以及亚微米孔径光纤Ⅱ出射端连接测量探头。