用于小角度測量的共光路激光干涉裝置及測量方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于小角度測量的共光路激光干涉裝置及測量方法。裝置包括玻璃平板、角錐棱鏡、發射準直光束的干涉儀的內部光路系統、內部光路系統直線滑移座和與目標固定的目標直線滑移座，所述內部光路系統裝設于內部光路系統直線滑移座上，所述玻璃平板和角錐棱鏡組裝于目標直線滑移座上，所述玻璃平板的前后兩個表面具有楔角α，所述玻璃平板的前表面與內部光路系統發出的準直光束垂直，所述角錐棱鏡的對稱軸與所述玻璃平板的光軸重合。測量方法包括用上述的裝置同時測量直線運動目標的偏擺角和俯仰角的方法，以及用上述的裝置同時測量直線運動目標的滾轉角和偏擺角的方法。本發明具有結構簡單、分辨率高、精度高、抗干擾能力強的優點。
【專利說明】用于小角度測量的共光路激光干涉裝置及測量方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于光學精密測量【技術領域】，尤其涉及一種用于小角度測量的共光路激光干涉裝置及測量方法。
【背景技術】
[0002]小角度測量在精密、超精密加工機床與測量設備中具有非常重要的意義和作用，是機床設備的幾何精度測定、補償以及校準的重要內容之一。角度測量有機械式、光電式等多種方法，其中光學測量方法以其高分辨率和高精度在小角度測量方面獲得了越來越廣泛的應用，尤以光學自準直法和激光干涉法為代表。
[0003]光學自準直法主要由自準直儀和平面反射鏡組成，反射鏡通常安裝在被測物體如機床運動部件上，當存在小角度擾動時，反射鏡反射準直光進入自準直儀后的像點位置發生偏離，偏離量與自準直儀的兩倍焦距之比就是被測的小角度值。自準直法的測角分辨率取決于焦距和CXD的分辨率，測量不確定度已經突破0.1"。
[0004]激光干涉法是根據邁克爾遜(Michelson)干涉儀原理，將被測角度轉化為測試光束與參考光束的光程差變化來測量。其中參考光束所在的參考臂通常在干涉儀內部，而測試光束所在的測試臂則由安裝在被測運動物體上的反射光學元件構成。由于采用激光干涉原理，角度測量的分辨率和精度都很高，但是測試臂易受到環境干擾，影響測量穩定性。Renishaw (雷尼紹)公司和Agilent (安捷倫)公司的角度干涉儀均采用潛望鏡結構,將準直光束分為兩束平行的參考光和測試光，利用雙角錐反射鏡上的兩個角錐分別反射回來后發生干涉，當雙角錐反射鏡受到小角度擾動時，兩束光的光程差將發生變化，據此測得角度值。由于兩束光具有共光路特點，可以顯著提高激光干涉法的抗干擾性能。該方法的缺點是只能測得一個方向的傾斜角度值，即繞兩束平行光軸線所在平面法向旋轉的方向。若需測量另一個方向的傾斜角度值，還需將雙角錐反射鏡反轉90°后重新測量。
[0005]上述方法只適用于反射鏡在垂直于光軸的平面內的兩維傾斜角度測量，通常反射鏡安裝在被測物體上作直線運動，運動方向與自準直儀或干涉儀的光軸一致，因而測得的是物體運動時的偏擺與俯仰角度，而滾轉角度無法測量。
[0006]
【發明者】陳善勇, 李圣怡, 戴一帆, 彭小強, 王貴林, 彭揚林 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學
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