[发明专利]一种四光束结构激光外差干涉滚转角测量装置及方法

说明书

本发明公开了一种四光束结构激光外差干涉滚转角测量装置及方法，包括单频激光器，单频激光器的出射光路上设置有消偏振分光棱镜；消偏振分光棱镜的反射光轴和透射光轴分别经声光调制器、偏振分光棱镜与直角棱镜连接形成两组衍射光，两组衍射光分别经一个四分之一波片后与分光棱镜连接形成两束测量光，分光棱镜的两个出射面方向分别经光电探测器后与相位计连接，通过相位计与计算机连接。本发明提高了单束测量光的测量分辨率，极大的提高了测量分辨率，能够为精密导轨运动副、高档数控机床等的滚转角测量提供更为精密和可靠的检测方法和技术。

技术领域

本发明属于滚转角光电测量技术领域，具体涉及一种四光束结构激光外差干涉滚转角测量装置及方法。

背景技术

精密导轨在制造业、航空航天等工业中发挥着重要的作用。在直线导轨中存在着六项几何误差，分别是：定位误差、两个直线度误差、俯仰角、偏摆角及滚转角。因此，对导轨的滚转角误差进行高精度的测量是衡量精密导轨性能的重要指标，同时也是进行产品验收检验以及进行误差补偿的关键技术。

在六项自由度误差中，除滚转角以外的其余五项误差都可以由基于光程差变化的干涉仪进行测量，而对于滚转角误差，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。

目前的基于偏振态变化的外差干涉仪可以对滚转角进行测量，主要原理是作为探测敏感元件的二分之一波片的滚转会引入光束偏振态的变化，从而引起测量光束相位变化。通过检测相位变化量可以计算出波片的滚转角误差大小。

然而，目前的基于偏振态变化的外差干涉仪测量光中的两个频率分量随着滚转角变化的相位变化灵敏区不重合，两分量的灵敏区交替出现使得两个光束的高分辨率测量不能充分利用，系统测量分辨率不能得到有效的提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种四光束结构激光外差干涉滚转角测量装置及方法，通过将测量光中的两个频率分量分束调制，使两个频率分量的相位变化灵敏区重合，将测量放大倍数以及分辨率进一步提高了两倍。

本发明采用以下技术方案：

一种四光束结构激光外差干涉滚转角测量装置，包括单频激光器，单频激光器的出射光路上设置有消偏振分光棱镜；消偏振分光棱镜的反射光轴和透射光轴分别经声光调制器、偏振分光棱镜与直角棱镜连接形成两组衍射光，两组衍射光分别经一个四分之一波片后与分光棱镜连接形成两束测量光，分光棱镜的两个出射面方向分别经光电探测器后与相位计连接，通过相位计与计算机连接。

具体的，消偏振分光棱镜的反射光轴上依次设置有第一反射镜和第一声光调制器，第一声光调制器出射的第一衍射光光轴上设置有第一偏振分光棱镜；第一偏振分光棱镜的第一出射面与直角棱镜的第一直角面连接，第一偏振分光棱镜的第二出射面的方向与第一直角棱镜的第二直角面的方向相同；第一衍射光通过第一偏振分光棱镜和第一直角棱镜分为光束一和光束二；第一偏振分光棱镜的第二出射面与第一直角棱镜的第二直角面的出射方向设置有第一四分之一波片，光束一和光束二经第一四分之一波片后在分光棱镜的第一入射面进入。

具体的，线偏振分光棱镜的透射光轴上设置有第二声光调制器；第二声光调制器出射的第二衍射光光轴上设置有第二反射镜，第二反射镜的反射光光轴上设置有第二偏振分光棱镜；第二偏振分光棱镜的第一出射面与第二直角棱镜的第一直角面连接，第二偏振分光棱镜的第二出射面的方向与第二直角棱镜的第二直角面的方向相同；第二衍射光通过偏振分光棱镜和直角棱镜分为光束三和光束四；第二偏振分光棱镜的第二出射面与第二直角棱镜的第二直角面的出射方向设置有第二四分之一波片；光束三和光束四经第二四分之一波片后在分光棱镜的第二入射面进入。

具体的，分光棱镜的出射面方向分别设置二分之一波片和反射器，两束测量光分别经二分之一波片被反射器平行反射后再次通过二分之一波片；返回的两束测量光光轴上分别设置有偏振片和光电探测器，两个偏振片的透光轴方向相互垂直设置。