[发明专利]读数头和二维位移测量系统及测量方法

说明书

本发明公开了一种读数头和二维位移测量系统及测量方法。读数头包括第一偏振元件、第一光学元件、第一分光元件、第一信号接收元件、第二偏振元件、第二光学元件、第二分光元件以及第二信号接收元件。入射光经过第一分光元件后分成反射光和透射光。反射光的至少一部分经一维测量光栅衍射产生正一级衍射光和负一级衍射光，该正一级衍射光和负一级衍射光分别经过第一偏振元件和第二偏振元件后形成偏振态光后再次经过一维测量光栅衍射后在第二分光元件与该透射光在经过第二分光元件后产生的透射的第一偏振分量和反射的第二偏振分量发生干涉，并分别由第一信号接收元件和第二信号接收元件接收。本发明具有结构简单、装调容差较大以及易于工业场景实现的技术效果。

技术领域

本发明涉及光栅测量领域，具体涉及一种读数头和二维位移测量系统及测量方法。

背景技术

衍射光栅位移测量系统以光栅栅距为测量基准，采用衍射光干涉实现位移测量，受环境制约小，测量重复性好。针对一维测量，在同样的分辨率和环境因素下，光栅位移测量系统的精度要优于双频激光干涉仪的测量精度。针对二维测量，光栅位移测量系统往往比较复杂，需要二维光栅或布置两块测量光栅，相对激光干涉仪测量系统而言复杂性大大增加。

一些方法利用多块测量光栅实现二维位移测量，有些采用了利特罗角入射的方法设计的读数头，然而由于利特罗角对于角度和位置非常敏感，所以对于光栅位移测量系统的装调将会非常困难。有些采用二维光栅来实现二维位移测量，这无疑大大地增加了成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种读数头和二维位移测量系统及测量方法，以解决上述现有技术中存在的问题。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种读数头，所述读数头包括第一偏振元件、第一光学元件、第一分光元件、第一信号接收元件、第二偏振元件、第二光学元件、第二分光元件以及第二信号接收元件，

入射到所述读数头的光经过所述第一分光元件后分成反射光和透射光，所述反射光的至少一部分经一维测量光栅衍射产生正一级衍射光和负一级衍射光，所述透射光的至少一部分射向所述第二分光元件；

所述正一级衍射光经过所述第一偏振元件产生第一线偏振光，再经所述第一光学元件后，经所述一维测量光栅衍射后射向所述第二分光元件；所述负一级衍射光经过所述第二光学元件和所述第二偏振元件后产生第二线偏振光，再经过所述一维测量光栅衍射后射向所述第二分光元件，其中所述第一线偏振光和所述第二线偏振光混合并形成正交偏振态光；

所述透射光的至少一部分射向所述第二分光元件后，分别产生透射的第一偏振分量和反射的第二偏振分量，所述偏振态光在所述第二分光元件分别与所述透射的第一偏振分量和所述反射的第二偏振分量发生干涉后，分别由所述第一信号接收元件和所述第二信号接收元件接收。

在一个实施例中，所述第一线偏振光射向所述第一光学元件后同向平行反射回所述一维测量光栅；所述负一级衍射光射向所述第二光学元件后同向平行反射回所述一维测量光栅，并经所述第二偏振元件后形成所述第二线偏振光，其中所述第一线偏振光和第二线偏振光的偏振方向垂直。

在一个实施例中，所述第一分光元件和所述第二分光元件并排布置。

在一个实施例中，所述第一信号接收元件沿所述入射光的方向布置，和/或所述第二信号接收元件沿垂直于所述入射光的方向布置。

在一个实施例中，所述第一偏振元件和/或所述第二偏振元件为偏振片；和/或所述第一分光元件为分光棱镜；和/所述第二分光元件为偏振分光棱镜或沃拉斯顿棱镜；和/或所述第一光学元件和/或所述第二光学元件为角锥棱镜；和/或所述第一信号接收元件和/或所述第二信号接收元件为信号接收卡。

在一个实施例中，所述读数头还包括双频激光器，所述双频激光器发出的光射向所述第一分光元件。