[发明专利]光栅位移测量方法

说明书

本发明提供一种光栅位移测量方法，包括：S1、通过光源发出线偏振光，经准直后出射到光学结构上；S2、通过光学结构将线偏振光垂直入射到测量光栅的表面，并将衍射后产生携带测量信息的±1级衍射光入射至两组分束结构；S3、通过两组分束结构对±1级衍射光进行分束，产生相位为0°、90°、180°、270°的四路干涉信号传输到光电接收模块；S4、通过光电接收模块接收四路干涉信号，在进行光电转换后传输到信号处理系统；S5、通过信号处理系统用于对四路干涉信号进行相移计算，获得测量光栅的位移量。本发明将零差干涉与转向干涉方法相结合，优化读数头中的结构，运用此测量方法能够使光栅位移测量装置的结构更加紧凑、电子元件集中、扩展性强。

技术领域

本发明涉及精密位移测量技术领域，特别涉及一种基于衍射光束转向干涉的光栅位移测量方法。

背景技术

光栅位移测量系统以光栅作为量尺，以光栅的栅距为测量基准，相比于激光测量技术，光栅测量对环境变化的敏感度低，而且光束入射到光栅上会覆盖数量很多的刻槽，起到了平均的作用。光栅位移测量系统读数头的结构简单紧凑，光栅和读数头之间的距离很小，并且不会随着待测距离的增加而增加，这就大大降低了环境对系统测量精度的影响，降低了测量成本。随着光栅制造水平的提高，光栅位移测量系统的测量精度和测量分辨力也逐渐提高，应用范围也越来越广。

外差干涉探测技术是当前光栅干涉测量领域中最为常用的信号探测与处理技术。外差干涉探测技术中的解调光为频率偏移的源激光，在对携带有距离信息的测量光进行解调后，解调信号的频率为源激光的频率偏移值，属于交流信号分量。这有效避免了环境光干扰或激光器功率漂移等直流或低频信号分量对于测量结果的影响，提高了信号噪声比。但外差干涉探测技术对激光光源及接收器要求高，无法采用体积尺寸更小的电学元件及光学元件，不适用于集成化设计。

发明内容

本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，采用以下技术方案：

本发明提供一种光栅位移测量方法，包括如下步骤：

S1、将光源发出的线偏振光垂直入射到测量光栅的表面，并将衍射后产生携带测量信息的±1级衍射光入射至两组分束结构；

S2、通过两组分束结构对±1级衍射光进行分束，产生相位为0°、90°、180°、270°的四路干涉信号传输到光电接收模块；

S3、通过光电接收模块接收四路干涉信号，在进行光电转换后传输到信号处理系统；

S4、通过信号处理系统用于对四路干涉信号进行相移计算，获得测量光栅的位移量。

优选地，步骤S1具体包括如下步骤：

S110、线偏振光经反射镜反射垂直入射到测量光栅的表面，衍射产生的±1级衍射光经转折元件转折后相互平行并垂直入射到第一偏振分束棱镜，分别经第一偏振分束棱镜分束成S偏振光和P偏振光；

S120、±1级衍射光经第一偏振分束棱镜分束后的S偏振光分别经第一偏振分束棱镜反射到第一1/4波片变为左旋偏振光，并入射到折转棱镜进行转向，使其回到第一1/4波片变为P偏振光，分别经第一偏振分束棱镜透射入射到两组分束结构中；±1级衍射光经第一偏振分束棱镜分束后的P偏振光分别经第一偏振分束棱镜透射至第二1/4波片变为右旋偏振光，并经反射元件反射回第二1/4波片变为S偏振光，分别经第一偏振分束棱镜反射入射到两组分束结构中。

优选地，转折元件为透镜或折转镜对。

优选地，反射元件为设置在第二1/4波片出射方向上的平面反射镜或镀制在第二1/4波片表面的反射膜。

优选地，两组分束结构分别为第一组分束结构和第二组分束结构，第一组分束结构包括第三1/4波片和第二偏振分束棱镜，第二组分束结构包括1/2波片和第三偏振分束棱镜；其中，