具有六自由度检测的激光外差干涉直线度测量装置及方法

摘要

本发明公开了一种具有六自由度检测的激光外差干涉直线度测量装置及方法。包括激光外差干涉直线度与其位置检测部分和误差检测与补偿部分；在激光外差干涉直线度与其位置检测部分的光路结构中，加入由三个普通分光镜、一个偏振分光镜、一个平面反射镜、一个凸透镜、一个位置敏感探测器和两个四象限探测器构成的四自由度误差检测光路，本发明利用了激光外差干涉法与激光光斑检测法相结合的方法，实现了被测对象的偏摆角、俯仰角、滚转角、水平直线度、垂直直线度以及直线度位置的六自由度同时检测，并对垂直直线度及其位置进行了误差补偿，消除了直线度测量过程中被测对象转动误差对测量结果的影响，提高了激光外差干涉直线度及其位置的测量精度。

主权项

一种具有六自由度检测的激光外差干涉直线度测量装置，其特征在于：包括激光外差干涉直线度与其位置检测部分以及误差检测与补偿部分，激光外差干涉直线度与其位置检测部分包括具有拍频信号输出的双频激光器(1)、消偏振分光镜(6)、渥拉斯顿棱镜(8)、反射棱镜(9)、第一偏振分光镜(7)、第一检偏器(17)、第二检偏器(19)、第一光电探测器(18)和第二光电探测器(20)；误差检测与补偿部分包括第一普通分光镜(2)、第二普通分光镜(5)、平面反射镜(10)、凸透镜(4)、位置敏感探测器(3)、第三普通分光镜(13)、第二偏振分光镜(14)、第一四象限探测器(15)和第二四象限探测器(16)；平面反射镜(10)和反射棱镜(9)组成测量镜通过测量镜支架(12)安装在被测对象的移动平台(11)上；双频激光器(1)拍频信号输出端输出的拍频信号作为参考信号，双频激光器(1)输出光束经第一普通分光镜(2)透射后入射到消偏振分光镜(6)上，经消偏振分光镜(6)的透射和反射后分为消偏振分光镜透射光束和消偏振分光镜反射光束，消偏振分光镜反射光束入射到第一偏振分光镜(7)分别经透射和反射分为频率为f₁的透射光束和频率为f₂的反射光束，消偏振分光镜(6)的透射光束入射到渥拉斯顿棱镜(8)上分光，分为频率为f₁和频率为f₂的光束；渥拉斯顿棱镜(8)分光后的两束光束经反射棱镜(9)反射后叠加有被测对象运动导致的多普勒频移，反射叠加后的两束光束的频率分别变为f₁±Δf₁和f₂±Δf₂，两束反射光束入射回到渥拉斯顿棱镜(8)合成一束光出射；渥拉斯顿棱镜(8)的合成出射光经过第三普通分光镜(13)透射后入射到第一偏振分光镜(7)，经第一偏振分光镜(7)的透射和反射后分为透射光束和反射光束：合成出射光入射到第一偏振分光镜(7)输出频率为f₁±Δf₁的透射光束与消偏振分光镜反射光束入射到第一偏振分光镜(7)输出频率为f₂的反射光束合成一束射向第一检偏器(17)，经第一检偏器(17)入射到第一光电探测器(18)接收，产生第一路测量信号；合成出射光入射到第一偏振分光镜(7)输出频率为f₂±Δf₂的反射光束与消偏振分光镜反射光束入射到第一偏振分光镜(7)输出频率为f₁的透射光束合成一束射向第二检偏器(19)，经第二检偏器(19)入射到第二光电探测器(20)接收，产生第二路测量信号；双频激光器(1)输出光束经第一普通分光镜(2)透射外还反射有一路反射光束，该反射光束经第二普通分光镜(5)反射后入射到平面反射镜(10)，平面反射镜(10)反射后的光束再依次经第二普通分光镜(5)透射、凸透镜(4)聚焦后形成光斑，投射到位置敏感探测器(3)接收；渥拉斯顿棱镜(8)的合成出射光经第三普通分光镜(13)透射外还反射有一路反射光束，该反射光束入射到第二偏振分光镜(14)经透射和反射后分为透射光束和反射光束，透射光束入射到第二四象限探测器(16)，反射光束入射到第一四象限探测器(15)。