[发明专利]一种柔性铰链式触针位移传感器

说明书

本发明属于精密位移测量相关技术领域，其公开了一种柔性铰链式触针位移传感器，包括：触针单元，包括柔性铰链、固定连接于柔性铰链上表面的第二平面反射镜以及穿过柔性铰链连接于第二平面反射镜下表面的触针；偏振干涉计量单元，水平方向依次包括激光器、偏振分光镜、第一1/4波片以及第一平面反射镜偏振干涉计量单元还包括设于偏振分光镜反射光路上的第二1/4波片以及设于偏振分光镜上方的偏振片和光电探测器。本申请通过对光的偏振反射后的光程差分析即可获得位移量，测量简单精度高。

技术领域

本发明属于精密位移测量相关技术领域，更具体地，涉及一种柔性铰链式触针位移传感器。

背景技术

随着制造技术要求向着精密及超精密方向发展，对于零件的几何测量的精度要求在不断的提高，为了实现位移的测量，在生产科研中常需要高精度的触针位移传感器。

触针位移传感器的运动支撑一般为滚珠导轨结构，滚珠和导轨的加工误差以及部件间的摩擦等都会影响触针的运动精度和灵敏性。位移传感器的计量方法的种类有很多种，常用的有电感式、电容式、电涡流式等。电感式的结构简单，方便实现，但非线形输出特性限制了测量位移和测量精度；电容位移传感器的测量精度高，但测量范围小；电涡流位移传感器的精度有限。因此，亟需设计一种测量精度高、测量范围广且操作简单的触针位移传感器。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种柔性铰链式触针位移传感器，通过将触针的位移转化为柔性铰链的移动进而带动柔性铰链上的第二平面反射镜移动，第二平面反射镜的位移变化实现对光的反射变化从而可以采用偏振干涉计量单元实现对位移量的测量，测量精度高。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种柔性铰链式触针位移传感器，包括：触针单元，包括柔性铰链、固定连接于所述柔性铰链上表面的第二平面反射镜以及穿过所述柔性铰链连接于第二平面反射镜下表面的触针；偏振干涉计量单元，水平方向依次包括激光器、偏振分光镜、第一1/4波片以及第一平面反射镜；所述偏振干涉计量单元还包括设于所述偏振分光镜反射光路上的第二1/4波片以及设于所述偏振分光镜上方的偏振片和光电探测器，其中，所述第二1/4波片设于所述第二平面反射镜的正上方。

优选地，所述触针位于所述第二平面反射镜的几何中心的下方。

优选地，所述触针单元还包括设于所述柔性铰链下方的挡板，所述挡板上设有贯通的孔，所述触针穿过所述孔。

优选地，所述挡板和所述柔性铰链之间设有弹簧，初始时刻所述弹簧设有预压力。

优选地，所述柔性铰链为对称结构。

优选地，所述柔性铰链的材料为弹簧钢或铜。

优选地，所述柔性铰链的弹性模量为1×10¹¹～2×10¹¹N/m²。

优选地，所述触针的材料为金刚石、红宝石或硬质合金中的一种。

优选地，所述偏振干涉计量单元固定于支架上。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的一种柔性铰链式触针位移传感器具有如下有益效果：

1.本发明采用柔性铰链支撑触针结构，触针与第二平面反射镜固定连接，而第二平面反射镜又与柔性铰链固定连接，因此触针在测量过程中不会出现转动，触针与柔性铰链一起上下移动不会出现摩擦，提高了测量的稳定性；

2.通过偏振干涉计量单元通过对第二平面反射镜的反射光的偏振状态的测量实现对触针位移量的测量，因此其检测精度可以达到波长级别，测量精度高；

3.偏振干涉计量单元固定于支架上可以实现干涉仪中各个光学元件的相对永久固定，使得各个光学元件在物理上结为一体，提供了干涉仪的稳定性和可靠性；