本发明专利技术公开一种基于多次通过1/2波片的光强法滚转角测量装置及方法，该装置包括激光器及位于其出射光光路中的1/2波片，1/2波片位于两套棱镜阵列中间，1/2波片的最终出射光轴上设置偏振分光棱镜，偏振分光棱镜的透射光轴和反射光轴上设置第一功率探头和第二功率探头；第一功率探头和第二功率探头通过信号处理电路与计算机连接，本发明专利技术利用1/2波片配合棱镜阵列使用时对偏振光作用的可叠加性，将其置于两套棱镜阵列中，提高了滚转角测量的分辨率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于角度的光电测量领域，尤其涉及一种基于多次通过二分之一波片的光强法滚转角测量装置及方法。
技术介绍
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。机械导轨运动副一般存在三个方向的角度误差，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涉仪进行测量，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。当前，国内外对滚转角的测量方法主要有以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以及偏振法。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。而以激光偏振方向为基准的偏振法，该方法包括基于光强、相位和频率三种测量方法。公开号为CN201273815的专利基于光强的偏振法，利用1/2波片作为敏感元件提高测量分辨率。但是上述方法的分辨率与精度较低。公开号为CN102654392A的专利将多次反射法融入基于相位的偏振光的滚转角测量中，较大程度地提高了其测量分辨率。但是上述方法对横向塞曼激光器频率稳定性要求较高，在实际应用中，其测量精度也难以保证。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于多次通过二分之一波片的光强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。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：这种基于多次通过二分之一波片的光强法滚转角测量装置包括激光器，在所述激光器的光轴后设有1/2波片；所述1/2波片的两侧分别设有棱镜阵列；在所述1/2波片的最终出射光轴上设置偏振分光棱镜，所述偏振分光棱镜的透射光轴上设有第一功率探头，所述偏振分光棱镜的反射光轴上设有第二功率探头；所述第一功率探头和第二功率探头分别与信号处理电路相连接，所述的信号处理电路与计算机相连接。进一步，以上设置在所述1/2波片两侧的两套棱镜阵列为第一棱镜阵列和第二棱镜阵列，第一棱镜阵列和第二棱镜阵列平行设置，所述1/2波片位于第一、二棱镜阵列之间。进一步，上述棱镜阵列为角锥棱镜阵列或者直角棱镜阵列。一种上述基于多次通过二分之一波片的光强法滚转角测量装置的测量方法，包括以下步骤：1)激光器发出的光束经过1/2波片后入射到两套棱镜阵列，经两套棱镜阵列反复反射作用使光束往返经过1/2波片n次后，再出射到偏振分光棱镜，由偏振分光棱镜出射的透射光束被第一功率探头接收，视为信号一；上述n为自然数；2)由偏振分棱镜出射的反射光束被第二功率探头接收，视为信号二；3)信号一与信号二通过信号处理电路将数据传递给计算机，计算机根据光强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Δθ。进一步的，以上滚转角Δθ的测量计算公式为：其中，ΔΙc为滚转角Δθ引起的光强差变化，n由棱镜阵列的棱镜的数目决定，为常数，I0为激光器出射的初始光束的光强大小。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术基于多次通过二分之一波片的光强法的滚转角测量装置及方法，其利用了1/2波片配合棱镜阵列使用时对偏振光作用的可叠加性，将其置于两套棱镜阵列中，充分利用光束多次往返探测元件，提高了滚转角测量的分辨率。本专利技术适用于高精度的工业测量领域，尤其适用于精密导轨运动副、及以其为基础的设备如：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。附图说明图1为本专利技术的主要光路结构图及其组成；图2为本专利技术的主要光路结构俯视图；其中，1、激光器，2、1/2波片，3a、第一棱镜阵列，3b、第二棱镜阵列，4、偏振分光棱镜，5、第一功率探头，6、第二功率探头,7、信号处理电路，8、计算机。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：参见图1和图2，本专利技术基于多次通过二分之一波片的光强法的滚转角测量装置包括激光器1以及沿激光器光轴后设有1/2波片2，所述1/2波片2位于两套棱镜阵列中间，在1/2波片的最终出射光轴上设置偏振分光棱镜4，所述偏振分光棱镜4的透射光轴上设有第一功率探头5；所述偏振分光棱镜4的反射光轴上设有第二功率探头6；所述第一功率探头5和第二功率探头6分别与信号处理电路7相连接；所述的信号处理电路7与计算机8相连接。如图所示，所述两套棱镜阵列由第一棱镜阵列3a和第二棱镜阵列3b平行设置组成，所述1/2波片2位于第一、二棱镜阵列3a、3b之间。在本专利技术的较佳实施例中，棱镜阵列可以选择角锥棱镜阵列或者直角棱镜阵列。本专利技术还提出一种基于以上多次通过二分之一波片的光强法的滚转角测量装置的测量方法，包括以下步骤：1)激光器发出的光束经过1/2波片后入射到两套棱镜阵列，经两套棱镜阵列反复反射作用使光束往返经过1/2波片n次后(n为自然数)，再出射到偏振分光棱镜，由偏振分光棱镜出射的透射光束被第一功率探头接收，视为信号一；2)由偏振分光棱镜出射的反射光束被第二功率探头接收，视为信号二；3)信号一与信号二通过信号处理电路将数据传递给计算机，计算机根据光强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Δθ。其中，其中，ΔΙc为滚转角Δθ引起的光强差变化，n由棱镜阵列的棱镜的数目决定，为常数，I0为激光器出射的初始光束的光强大小。本专利技术的工作过程如下：激光器1发出的光束经过1/2波片2，在棱镜阵列3b作用下反射返回，接着又经过1/2波片2，此时光束往返经过1/2波片2达1次；随后光束到达棱镜阵列3a并被反射，在两个棱镜阵列3a和3b的作用下，光束第2次往返经过1/2波片2；这样，此光束在两个棱镜阵列3a和3b之间，往返经过后1/2波片n次后，再出射到偏振分光棱镜4，由偏振分光棱镜4出射的透射光束被第一功率探头5接收，视为信号一；由偏振分光棱镜4出射的反射光束被第二功率探头6接收，视为信号二；由信号处理电路7对信号一与信号二的光强值进行比较，根据信号一与信号二的光强差的变化量与滚转角的关系式即可计算出被测滚转角1/2波片2的滚转角的值，从而实现滚转角测量。以激光器1出射光为单频偏振光为例，其光强差变化与滚转角的数学表达式的推导如下：如图1所示，设激光器1出射的初始激光偏振方向为x轴，垂直初始激光偏振方向的方向为y轴，光线传播方向为z轴建立坐标系；二分之一波片2的F(快轴)轴与x轴夹角为θ；且令光束往返经过二分之一波片2的次数为n，光束通过偏振分光棱镜4后透射光束的偏本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于多次通过二分之一波片的光强法滚转角测量装置，其特征在于，包括激光器(1)，在所述激光器(1)的光轴后设有1/2波片(2)；所述1/2波片(2)的两侧分别设有棱镜阵列；在所述1/2波片(2)的最终出射光轴上设置偏振分光棱镜(4)，所述偏振分光棱镜(4)的透射光轴上设有第一功率探头(5)，所述偏振分光棱镜(4)的反射光轴上设有第二功率探头(6)；所述第一功率探头(5)和第二功率探头(6)分别与信号处理电路(7)相连接，所述的信号处理电路(7)与计算机(8)相连接。
【技术特征摘要】
1.一种基于多次通过二分之一波片的光强法滚转角测量装置，其
特征在于，包括激光器(1)，在所述激光器(1)的光轴后设有1/2波片
(2)；所述1/2波片(2)的两侧分别设有棱镜阵列；在所述1/2波片(2)
的最终出射光轴上设置偏振分光棱镜(4)，所述偏振分光棱镜(4)的透射
光轴上设有第一功率探头(5)，所述偏振分光棱镜(4)的反射光轴上设有
第二功率探头(6)；所述第一功率探头(5)和第二功率探头(6)分别与
信号处理电路(7)相连接，所述的信号处理电路(7)与计算机(8)相
连接。
2.根据权利要求1所述的基于多次通过二分之一波片的光强法滚转角
测量装置，其特征在于，设置在所述1/2波片(2)两侧的两套棱镜阵列
为第一棱镜阵列(3a)和第二棱镜阵列(3b)，第一棱镜阵列(3a)和第
二棱镜阵列(3b)平行设置，所述1/2波片(2)位于第一、二棱镜阵列
(3a、3b)之间。
3.根据权利要求1或2所述的基于多次通过二分之一波片的光强法滚
转角测量装置，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：王昭，齐静雅，黄军辉，高建民，余宝，李朝辉，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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