[实用新型]非接触式激光干涉比较仪

说明书

本实用新型属于机械几何测量技术及仪器。

目前国内外用于测量长度的光学比较仪都是接触式的。如JD3投影立式光学计，这些测量仪器测量时，测头都要与被测工件表面接触，这样就会使被测工件表面受到损伤，某些表面光洁度要求高的工件，采用接触式比较仪测量就受到了一定的限制。

本实用新型的目的是研制一种非接触式的干涉比较仪，以确保测量时不损伤被测工件的表面。

本实用新型的构成是采用临界角法非接触光触针定位，和迈克尔逊干涉测量系统及光电转换数字自动显示系统。

结合附图说明本实用新型的原理及具体结构如下：

图1是临界角法非接触光触针定位原理图。

当被测表面（1）位于物镜（2）的焦点B处时，从物面反射回来的光束通过物镜（2）后变为平行光，再经过临界角全反射棱镜（3）后，因为平行光束在棱镜的反射面上恰好符合全反射临界角入射，使出射光仍为平行光束。这束光被光电元件D和E接收，其光强相等；经电路差分处理后输出为零，即I_D－I_E＝0。

当被测表面处于焦点前A处时，从物面反射光束经物镜（2）后为汇聚光。这样位于光轴上方的光，其入射角大于全反射临界角；这部分光以全反射的形式入射到光电接收元件D上。而光轴下方的光，其入射角小于全反射临界角故只能有部分光被反射进入光电接收元件E上。这时D上光强大于E上光强，即I_D－I_E＞0。相反，当被测表面处于C处时，从物面反射回来的光束经物镜（2）后为发散光。这时位于光轴上方的光，其入射角小于全反射临界角，所以只有部分光被反射到光电接收元件D上。而位于光轴下方的光，其入射角大于全反射临界角，以全反射的形式进入光电接收元件E上；这时E上的光强大于D上的光强，即I_D－I_E＜0。从上面分析，不难看出，随着被测表面位置的变化，入射到光电元件D和E上的光强会产生差别，只要被测表面离开焦点，D、E二个光电接收元件收到的光强之差不等于零。相反，如果被测表面处于焦点处时，D、E光电元件接收到的光强相等，其差为零。检测两光电元件的输出信号，即可对被测工件定位。

图2为非接触式激光干涉比较仪原理图。激光管（6）发出的光束经准直系统（7）后成为平行光束，该激光束经分光镜（8）分成二束光，一束光穿过（8）进入临界角非接触定位系统的棱镜（15）；另一束光经反射后进入迈克尔逊干涉系统，这束光经分光镜（9）后，又分成二束光；一束光到达固定反射镜（10）并反回到分光镜（9）上，另一束光到达动反射镜（11）上，反回后也到达分光镜（9）上，并与从（10）反回的光束汇合而发生干涉，产生明暗相间的干涉条纹。该明暗相间的条纹经（9）反射通过分光镜（12）分成二部分，一部分透过分光镜（12）被光电元件A接收，另一部分反射后被光电元件B接收，光电元件A和B被布置成信号相位差90°。当动反射镜（11）上、下移动时，使由固定反射镜（10）及动反射镜（11）上反射向分光镜（9）的二束光的光程差发生改变，所以使干涉后的干涉条纹发生移动。光电元件A、B接收到条纹移动信号经处理后，即可知条纹移动的数量，由条纹移动数按公式L＝ (λ)/2 N即可求得动反射镜（11）移动的距离，式中L为移动距离，λ为光波波长，N为条纹移动数。

进入棱镜（15）的光束经反射后经过1／2λ波片（16）成为线偏振光，进入棱镜（17）后反射，经过1／4λ波片（18）转向，再透过物镜（19）达到被测表面，被被测表面反射后，经过物镜（19），1／4λ波片（18）再透过棱镜（17）进入棱镜（20）经分光棱镜（21），一束光反射进入棱镜（22）最后被光电元件F、G接收。另一束光透过分光棱镜（21）进入棱镜（25）被光电元件D、E接收，如被测表面在物镜（19）的焦点上，则按前述非接触光触针定位原理，光电元件D、E、F、G中的光强应满足I_D－I_E＝0，I_F－I_G＝0亦即（I_D－I_E）＋（I_F－I_G）＝0。如被测表面不在物镜（19）的焦点上，则I_D－I_E≠0，I_F－I_G≠0，∴（I_D－I_E）＋（I_F－I_G）≠0。