[发明专利]单频干涉直线度误差及其位置测量与补偿的装置及方法

摘要

本发明公开了一种单频干涉直线度误差及其位置测量与补偿的装置及方法。单频激光器输出的线偏振光束经半波片后，偏振方向被调整成相对于纸面成45°，调制后的线偏振光束被第一消偏振分光棱镜分光，透射光束进入渥拉斯顿棱镜型激光单频干涉仪，反射光束进入迈克尔逊型激光单频干涉仪。以渥拉斯顿棱镜型激光单频干涉仪为感测单元，分别处理形成的圆偏振和线偏振的干涉信号，实现直线度误差及其位置测量；误差检测及补偿部分以迈克尔逊型激光单频干涉仪为感测单元，分析形成的等厚干涉条纹图像，实现偏摆角和俯仰角的测量，并根据测得的俯仰角对直线度误差及其位置的测量结果进行了补偿，提高了直线度误差及其位置的测量精度。

主权项

1.一种单频干涉直线度误差及其位置测量与补偿的装置，其特征在于：选择能够输出线偏振光的单频激光器(1)，其输出的线偏振光束经半波片(2)后，偏振方向被调整成相对于纸面成45°；调制后的线偏振光束被第一消偏振分光棱镜(3)分光，透射光束进入由第三消偏振分光棱镜(7)、渥拉斯顿棱镜(8)、由上下直角棱镜组成的测量反射镜(9)、第四消偏振分光棱镜(13)、第一四分之一波片(14)、第五消偏振分光棱镜(15)、偏振片(16)、第一偏振分光棱镜(17)、第二偏振分光棱镜(21)、第二四分之一波片(22)和第三偏振分光棱镜(23)组成的渥拉斯顿棱镜型激光单频干涉仪，反射光束进入由第二消偏振分光棱镜(4)、第一平面反射镜(5)和第二平面反射镜(10)组成的迈克尔逊型激光单频干涉仪；在渥拉斯顿棱镜型激光单频干涉仪中，激光光束被第三消偏振分光棱镜(7)分成两束，其中的透射光束通过渥拉斯顿棱镜(8)分成两束正交的线偏振光束即p偏振光束和s偏振光束，两束发散的测量光束由上下直角棱镜组成的测量反射镜(9)反射，返回到渥拉斯顿棱镜(8)并在另一点重新组合，重组的测量光束被第四消偏振分光棱镜(13)分光，反射光束通过第一四分之一波片(14)，被转换为右旋圆偏振光束和左旋圆偏振光束，两束圆偏振光束干涉，合成为一束偏振方向由两束圆偏振光束相位决定的线偏振光束，随后该线偏振光束被第五消偏振分光棱镜(15)分光，反射光束通过通光方向相对于纸面成45°的偏振片(16)到达第一光电探测器(18)，而透射光束被第一偏振分光棱镜(17)分成两束正交的线性偏振光束，分别到达第二探测器(19)与第三光电探测器(20)，三个光电探测器产生三个圆偏振干涉信号，用于被测对象的直线度误差测量；同时第四消偏振分光棱镜(13)的透射光束到达第二偏振分光棱镜(21)，并与由第三消偏振分光棱镜(7)反射的参考光束交汇，测量光束的p偏振光与参考光束的s偏振光通过第二偏振分光棱镜(21)，经第二四分之一波片(22)与第三偏振分光棱镜(23)后被转换成两束透射的p偏振光束和两束反射的s偏振光束，两束p偏振光束和两束s偏振光束分别干涉，第四光电探测器(24)、第五光电探测器(25)产生两个线偏振干涉信号，用于直线度误差位置的测量；在迈克尔逊型激光单频干涉仪中，激光光束被第二消偏振分光棱镜(4)分成参考光束和测量光束，测量光束由安装在测量反射镜(9)上方的第二平面反射镜(10)反射回到第二消偏振分光棱镜(4)，并与由第一平面反射镜(5)反射的参考光束重新组合，重组的光束形成等厚干涉条纹图像，被图像传感器(6)捕获，用于被测对象运动过程中偏摆角和俯仰角的测量；五个光电探测器(18、19、20、24和25)分别经信号处理板后与图像传感器(6)接计算机。