专利名称：基于双频激光干涉的二维测量装置的制作方法
技术领域：
本发明属于测量领域，具体涉及一种基于双频激光干涉的二维测量装置。
背景技术：
现代高精密加工、高档数控装备等领域的发展，需要高效、高精度、大范围的测量 技术作为支撑，如高档数控机床的加工精度的保证，首先需要对机床本身的精度进行检测， 而其检测的方法有诸多，与单项误差(如线性度、垂直度等)检测相比，综合误差(如圆误 差、对角线等)检测具有高效、易操作的优点，为当前机床精度检测发展的主要方向。这就 要求一种先进的二维测量技术。目前，检测机床圆误差的主要有英国雷尼绍公司的QClO球 杆仪和美国光动公司的MCV-5004激光干涉仪，前者主要是机械接触式测量，使用需要激光 干涉仪标定，且由于原理结构限制，其最小测量半径受到限制，球杆仪最小长度为100mm，而 标准规定数控机床最小检测半径为40_ ；后者实质上是采用两套激光干涉仪测量二维位 移，从成本上讲是比较高的。国内公开号为101096073专利发明了用激光干涉法测量数控 机床圆轨迹的方法，此方法主要限于测圆轨迹的χ、y分量从而实现测量圆轨迹，对于具体 光路和通常采用激光干涉法带来难调光路问题并未做解决。另外，现有的激光干涉产品多数为国外厂商生产，价格较昂贵，且主要为一维精度 测量，其被测量镜多为角锥棱镜，易于光路调节和工业应用操作；若将角锥棱镜作为二维 测量中的被测量镜，受角锥棱镜加工尺寸的局限，其测量范围很�。粲糜谄矫娣瓷渚底魑� 被测量镜，现有的方法组成环节较多，则会出现难以调节光路的问题，且结构较复杂。从而 影响了激光干涉法在二维精度测量的应用和推广，如高档数控机床的圆检验等二维轨迹测 量。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种既解决测量范围小的问 题，又解决调节光路难的问题，同时，保持结构简单、成本低的优势的基于双频激光干涉的
二维测量装置。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是包括双频激光头以及位于双频激光 头出射光光路中的反射率为50%的分光镜，在该分光镜的反射光路及透射光路中分别设置 有χ向测量�？楹蛓向测量模块，在χ向测量�？楹蛓向测量�？榈牟饬抗饴分蟹直鹕柚� 有χ向平面反射镜和y向平面反射镜；所说的y向测量�？榘▂向偏振分光棱镜，在y向偏振分光棱镜透射光路中设 置有y向透射角锥棱镜，在y向偏振分光棱镜反射光路的后端设置有y向角锥棱镜，在y向 偏振分光棱镜的反射光路中依次设置有y向1/4波片和y向平面反射镜，在y向偏振分光 棱镜与y向透射角锥棱镜相对的一侧设置有y向光电接收器；所说的χ向测量�？榘é窒蚱穹止饫饩担讦窒蚱穹止饫饩低干涔饴分猩� 置有χ向透射角锥棱镜，在χ向偏振分光棱镜反射光路的后端设置有χ向角锥棱镜，在χ向
3偏振分光棱镜的反射光路中依次设置有χ向1/4波片和χ向平面反射镜，在χ向偏振分光 棱镜与χ向透射角锥棱镜相对的一侧设置有χ向光电接收器。本发明采用平面反射镜作为被测量镜，其它反射镜为角锥棱镜，使测量光束两次 到达被测量镜并被反射后与参考光束达到干涉的效果。它既可以实现测量范围大又容易调 光路，且光路结构简单，易于�？榛筒坊被固岣吡瞬饬烤取Ｎ懿饬恳瞧鳎� 用于高精度的工业测量领域，尤其适用于高档数控机床的精度测量，其广泛应用可较大的 推动先进制造等工业的发展。
图1为本发明的主要光路结构图及其组成。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细说明。参见图1，本发明包括双频激光头6以及位于双频激光头6出射光光路中的反射 率为50%的分光镜1，在该分光镜1的反射光路及透射光路中分别设置有χ向测量�？楹� y向测量�？椋讦窒虿饬磕？楹蛓向测量模块的测量光路中分别设置有χ向平面反射镜5 和y向平面反射镜3 ；所说的y向测量�？榘▂向偏振分光棱镜2c，在y向偏振分光棱镜2c透射光路 中设置有y向透射角锥棱镜2d，在y向偏振分光棱镜2c反射光路的后端设置有y向角锥棱 镜2b，在y向偏振分光棱镜2c的反射光路中依次设置有y向1/4波片2e和y向平面反射 镜3，在y向偏振分光棱镜2c与y向透射角锥棱镜2d相对的一侧设置有y向光电接收器 2a ；所说的χ向测量�？榘é窒蚱穹止饫饩�4c，在χ向偏振分光棱镜4c透射光路 中设置有X向透射角锥棱镜4d，在X向偏振分光棱镜4c反射光路的后端设置有X向角锥棱 镜4b，在χ向偏振分光棱镜4c的反射光路中依次设置有χ向1/4波片4e和χ向平面反射 镜5，在χ向偏振分光棱镜4c与χ向透射角锥棱镜4d相对的一侧设置有χ向光电接收器 4a ο本发明在二维测量中，采用平面反射镜作为被测量镜，满足二维测量大范围的要 求。平面反射镜较角锥棱镜更容易加工，成本较低。适用于高档数控机床的圆轨迹测量。采用平面反射镜作为被测量镜的同时，光路中使用角锥棱角作为其他反射镜，使 测量光束两次达到被测量平面反射镜并返回，实现测量光与参考光干涉，同时提高了测量 精度。使调节光路变得简易，容易操作和利于应用。激光束被反射角为50%的分光镜分成的两束光，其中一束用于χ方向测量，另一 束用于y方向测量，但对于每束光而言，均是经过偏振分光棱镜把它分成S光与P光，本发 明采用s光作为测量光，与现有产品采用P光不同，这样的设计达到测量目的的同时，减少 了使光折90°的元件，如90°五角棱镜等，达到精减结构的效果。参见图1，本发明的工作过程如下双频激光头6发出双频激光，经反射角为50% 的分光镜1分成两束光，一束光用于测量X方向的位移，另一束光用于测量y方向的位移。 对于y方向的位移测量，其过程为当y向的光束经过y向偏振分光棱镜2c后分成S光和P光，P光透过y向偏振分光棱镜2c，经y向透射角锥棱镜2d平行返回，为参考光束；S光透 过y向1/4波片2e到达y向平面反射镜3并被反射，再次透过y向1/4波片2e，其偏振方 向转90°，从而透过y向偏振分光棱镜2c达到y向角锥棱镜2b并被平行反射回来，再次 透过y向偏振分光棱镜2c和y向1/4波片2e，第二次被y向平面反射镜3反射，由于透过 y向1/4波片2e其偏振方向再转90°，因而到达y向偏振分光棱镜2c被反射，与参考光束 重合，此光束为测量光束。当测量光束与参考光束重合并发生干涉，其拍频信号被y向光电 接收器2a所接收，并与激光头里的参考信号进行混频等信号处理，计算得出y向被测位移。 同理，通过χ向测量模块和χ向平面反射镜5实现对χ向位移的测量。最终，实现对x、y平 面二维位移测量。
权利要求
1.基于双频激光干涉的二维测量装置，其特征在于包括双频激光头(6)以及位于双 频激光头(6)出射光光路中反射率为50%的分光镜(1)，在该分光镜(1)的反射光路及透 射光路中分别设置有χ向测量�？楹蛓向测量�？椋讦窒虿饬磕？楹蛓向测量�？榈牟� 量光路中分别设置有χ向平面反射镜(5)和y向平面反射镜(3)；所说的y向测量�？榘▂向偏振分光棱镜(2c)，在y向偏振分光棱镜(2c)透射光 路中设置有y向透射角锥棱镜(2d)，在y向偏振分光棱镜(2c)反射光路的后端设置有y向 角锥棱镜(2b)，在y向偏振分光棱镜(2c)的反射光路中依次设置有y向1/4波片(2e)和 y向平面反射镜(3)，在y向偏振分光棱镜(2c)与y向透射角锥棱镜(2d)相对的一侧设置 有y向光电接收器(2a)；所说的χ向测量模块包括χ向偏振分光棱镜(4c)，在χ向偏振分光棱镜(4c)透射光 路中设置有χ向透射角锥棱镜(4d)，在χ向偏振分光棱镜(4c)反射光路的后端设置有χ向 角锥棱镜(4b)，在χ向偏振分光棱镜(4c)的反射光路中依次设置有χ向1/4波片(4e)和 X向平面反射镜(5)，在X向偏振分光棱镜(4c)与X向透射角锥棱镜(4d)相对的一侧设置 有χ向光电接收器(4a)。
全文摘要
基于双频激光干涉的二维测量装置，包括反射率为50％的分光镜、x向测量�？�、y向测量�？椋瑇向平面反射镜和y向平面反射镜。激光束通过50％分光镜分成两束，对x、y两个方向的位移进行测量。每束光会通过偏振分光棱镜分为P光和S光，P光作为参考光，由角锥棱镜返回；S光做为测量光，由被测量平面镜反射，经1/4波片，其偏振方向转90°，因而会透过偏振分光棱镜的分光面，而被角锥棱镜反射并再次透过偏振分光棱镜的分光面，由被测量平面镜反射，经1/4波片，其偏振方向再次转90°，经偏振分光棱镜的分光面反射返回，测量光与参考光产生干涉，干涉信号被光电接收器所接收，从而得到x、y方向的被测位移。
文档编号G01B11/02GK102003939SQ20101052173
公开日2011年4月6日 申请日期2010年10月27日 优先权日2010年10月27日
发明者汤善治, 王昭, 蒋志雄, 郭俊杰, 高建民 申请人:西安交通大学
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