基于倾斜折叠高反镜的外差干涉法滚转角测量装置及方法
【专利说明】基于倾斜折叠高反镜的外差干溃法滾转角测量装置及方法 【技术领域】
[0001] 本发明属于角度的光电测量领域，具体设及一种基于倾斜折叠高反镜的外差干设 法滚转角测量装置及方法。 【【背景技术】】
[0002] 滚转角误差作为高档机床几何误差的重要部分，其精度是衡量机床性能与加工精 度的重要参考指标之一，它的测量技术水平是高档机床进行误差补偿进而实现高精度加工 的前提和基础。
[0003] 机械导轨运动副一般存在Ξ个方向的角度误差，即俯仰角误差、偏摆角误差和滚 转角误差。其中，俯仰角和偏转角误差可通过高精度激光干设仪进行测量，测量技术已经成 熟并能达到很高的精度;对于滚转角误差，由于其误差方向与测量光束方向垂直，无法引入 额外的光程差，因而滚转角的测量相对困难，目前国内外还处于一种研究和探索阶段。
[0004] 当前，国内外对滚转角的测量方法主要有W重力方向为基准的电子水平仪测量方 法，基于位置探测元件的准直激光法W及偏振法。其中电子水平仪测量方法主要受限于其 测量精度和测量速度，且无法测量竖直轴的滚转角误差，同时针对多维测量系统的开发研 究，很难与其它方向的误差测量系统相融合;基于位置探测元件的准直激光法的测量精度 受到位置探测元件的精度限制而无法进一步提高，且对光路的调节要求高，容易受到探测 元件俯仰、偏摆等位置误差的影响。目前基于相位的激光外差干设法由于其测量精度较高， 噪声抑制能力强而应用较广。
[0005][0006] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于倾斜折叠高反镜的外 差干设法滚转角测量装置及方法，其不仅结构简单，而且能够很大程度的提高测量精度和 灵敏度。
[0007] 为了达到上述目的，本发明基于倾斜折叠高反镜的外差干设法滚转角测量装置， 包括双频激光器，双频激光器的光轴后设置有分光片，分光片的反射光路中依次设置有第 一偏振片和第一光电探测器，分光片的透射光路依次设置有1/4波片、1/2波片和高反镜，高 反镜将通过1/2波片的光束反射，使其再次通过1/2波片，1/2波片后依次设置有接收第二次 通过1/2波片光束的第二偏振片和第二光电探测器，第一光电探测器和第二光电探测器均 连接相位计，相位计连接计算机。
[000引所述高反镜包括第一高反镜和第二高反镜，第一高反镜和第二高反镜垂直布置， 能够将1/^2波片的出射光线反射回1/^2波片。
[0009] 所述高反镜包括第一高反镜和第二高反镜，第一高反镜和第二高反镜倾斜设置， 其中第一高反镜的入射角为01，第二折叠高反镜的入射角为02,01+02=90°。
[0010] 基于倾斜折叠高反镜的外差干设法滚转角测量装置的测量方法，包括W下步骤：
[0011] 步骤一，双频激光器发出的光束经过分光片后，被分成反射光和透射光，其中反射 光经第一检偏器后被第一光电探测器接收，作为参考信号；
[0012] 步骤二，由分光片出射的透射光先经过1/4波片和1/2波片后，通过高反镜进行反 射，高反镜的反射光再次经过1/^2波片后，经过第二检偏器，最后被第二光电探测器接收，作 为测量信号；
[0013] 步骤Ξ，参考信号与测量信号通过相位计10鉴相，将数据传递给计算机11，计算机 11根据两信号相位差的变化量与滚转角之间的关系式计算出1/2波片的角误差即被测滚转 角Δα。
[0014] 所述步骤二中，由分光片出射的透射光先经过1/4波片和1/2波片后，达到第一高 反镜，经反射后到达第二高反镜，第二高反镜的反射光再次经过1/^2波片。
[0015] 所述步骤Ξ中，滚转角Δα的测量计算公式为：I
:其中，AΦ为滚转 角Aα引起的参考信号与测量信号的相位差变化，Ka(max)为测量系统的放大倍数。
[0016] 与现有技术相比，本发明不仅利用了 1/2波片与高反镜配合使用时对偏振光作用 的可叠加性，还利用了倾斜高反镜对偏振光的调制作用，增大了测量系统的放大倍数，提高 了滚转角测量的分辨率，本发明适用于高精度的工业测量领域，尤其适用于精密导轨运动 畐IJ、及W其为基础的设备，如高档数控机床的滚转角误差测量，其广泛应用可较大的推动机 床制造等工业的发展。 【【附图说明】】
[0017] 图1为本发明光路结构俯视图及其组成；
[0018] 图2为本发明的光路结构图；
[0019] 其中，1、双频激光器，2、分光片，3、第一偏振片，4、第一光电探测器，5、1/4波片，6、 1/2波片，7a、第一高反镜，7b、第二高反镜，8、第二偏振片，9、第二光电探测器，10、相位计， 11、计算机。 【【具体实施方式】】
[0020] 参见图1和图2,基于倾斜折叠高反镜的外差干设法滚转角测量装置，包括双频激 光器1，双频激光器1的光轴后设置有分光片2,分光片2的反射光路中依次设置有第一偏振 片3和第一光电探测器4,分光片2的透射光路依次设置有1/4波片5、1/2波片6和高反镜，高 反镜将首次通过波片6的光束反射，使其再次通过1/2波片6，1/2波片6后依次设置有接 收第二次通过1/2波片6光束的第二偏振片8和第二光电探测器9,第一光电探测器4和第二 光电探测器9均连接相位计10，相位计10连接计算机11。
[0021] 优选的，高反镜包括第一高反镜7a和第二高反镜7b，第一高反镜7a和第二高反镜 化垂直布置，能够将l/^2波片6的出射光线反射回l/^2波片6。
[0022] 优选的，高反镜包括第一高反镜7a和第二高反镜7b，第一高反镜7a和第二高反镜 7b倾斜设置，其中第一高反镜7a的入射角为01，第二折叠高反镜7b的入射角为02,01+02 = 90。。
[0023] 基于倾斜折叠高反镜的外差干设法滚转角测量装置的测量方法，包括W下步骤：
[0024] 步骤一，双频激光器1发出的光束经过分光片2后，被分成反射光和透射光，其中反 射光经第一检偏器3后被第一光电探测器4接收，作为参考信号；
[0025] 步骤二，由分光片2出射的透射光先经过1/4波片5和1/^2波片6后，达到第一高反镜 7a，经反射后到达第二高反镜76，高反镜的反射光再次经过1/^2波片6后，经过第二检偏器8， 最后被第二光电探测器9接收，作为测量信号；
[0026] 步骤Ξ，参考信号与测量信号通过相位计10鉴相，将数据传递给计算机11，计算机 11根据两信号相位差的变化量与滚转角之间的关系式计算出1/2波片6的角误差即被测滚 转角Δα,滚转角Δα的测量计算公式为；
；其中，Aφ为滚转角Δα引起的参 考信号与测量信号的相位差变化，Ka(max)为测量系统的放大倍数。
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