[发明专利]直线度误差和位置同时测量的检测装置及测试方法

权利要求书

1.直线度误差和位置同时测量的检测装置，应用于精密数控机床，其特征在于，包括控制端以及依次设置的双频激光器、偏振分光镜、普通分光镜、半透半反射镜、渥拉斯顿棱镜及双直角棱镜；

所述双频激光器用于发出两个频率不同且偏振方向相互正交的线偏振光；

所述偏振分光镜一侧依次设有第一偏振片和第一光电探测器，该第一光电探测器用于接收所述第一偏振片干涉过的两束光，以此作为位移参考信号；

所述普通分光镜一侧依次设有第二偏振片和第二光电探测器，另一侧依次设有四分之一波片和反射镜，所述反射镜用于反射经过四分之一波片的反射光，所述第二光电探测器用于接收所述第二偏振片干涉过的两束光，以此作为位移测量信号；

所述半透半反射镜用于将从所述普通分光镜发出的透射光分为反射光和透射光，反射光作为位移测量光束，且所述半透半反射镜和所述渥拉斯顿棱镜组合作为移动测量镜；

所述渥拉斯顿棱镜接收从所述半透半反射镜发出的透射光的同一侧依次设有二分之一波片、偏振分光镜及第三光电探测器，该偏振分光镜另一侧设有第四光电探测器；

所述双直角棱镜用于反射经所述渥拉斯顿棱镜后分成的两束相互正交的线偏振光，使其返回所述渥拉斯顿棱镜后在所述渥拉斯顿棱镜重组为一束直线度测量光束；

所述二分之一波片用于将直线度测量光束的偏振方向旋转45°；

所述偏振分光镜用于将直线度测量光束分光并在s偏振方向和p偏振方向干涉；

所述第三光电探测器和所述第四光电探测器用于分别接收所述偏振分光镜干涉后的光束，以此产生一对直线度相位差分信号；

所述控制端分别与所述第一光电探测器、所述第二光电探测器、所述第三光电探测器及所述第四光电探测器通信连接。

2.根据权利要求1所述的直线度误差和位置同时测量的检测装置，其特征在于，从所述普通分光镜经过发出的反射光经过四分之一波片后被反射镜反射，再次通过四分之一波片后，两正交线偏振光偏振方向均改变90°，之后透射通过所述普通分光镜，以此作为位移参考光束。

3.根据权利要求2所述的直线度误差和位置同时测量的检测装置，其特征在于，所述位移测量光束返回所述普通分光镜与所述位移参考光束汇合并再次被所述普通分光镜分光，经过所述第二偏振片被干涉，被所述第二光电探测器接收。

4.根据权利要求1所述的直线度误差和位置同时测量的检测装置，其特征在于，所述控制端包括FPGA信号处理板和上位机，所述FPGA信号处理板上设有至少四个AD采集输入端口，分别与所有光电探测器通信连接。

5.根据权利要求4所述的直线度误差和位置同时测量的检测装置，其特征在于，所述FPGA信号处理板上设有混频滤波电路和相位差分解调器。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的直线度误差和位置同时测量的检测装置，其特征在于，所述双频激光器为氦氖激光器，波长为633nm。

7.根据权利要求1-5任意一项所述的直线度误差和位置同时测量的检测装置，其特征在于，所述双直角棱镜通过两直角棱镜以165°夹角胶合，且在入射面镀有增透膜。

8.根据权利要求1-5任意一项所述的直线度误差和位置同时测量的检测装置，其特征在于，所述偏振分光镜以1：3分光，所述普通分光镜和所述偏振分光镜均以1：1分光。

9.根据权利要求8所述的直线度误差和位置同时测量的检测装置，其特征在于，所述普通分光镜和所述不改变光的偏振性，所述偏振分光镜改变光的偏振性，以使得P光和S光完全分开。

10.直线度误差和位置同时测量的检测装置测试方法，其特征在于，运用权利要求1-9任意一项所述的直线度误差和位置同时测量的检测装置，包括以下步骤：

将移动测量镜安装于被测对象上；

开启双频激光器发出两个频率不同且偏振方向相互正交的线偏振光；

分别获取位移参考信号、位移测量信号及一对直线度相位差分信号；

根据所述位移参考信号和所述位移测量信号计算得到位移信息；

根据所述一对直线度相位差分信号计算得到直线度误差，以该直线度误差对直线度测量结果进行补偿得到补偿后的直线度；

输出位移信息和直线度信息。