二维横向塞曼双频激光直线度/同轴度测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种二维横向塞曼双频激光直线度／同轴度测量装置，包括：双频激光器光源、依次设置在该激光器发射端的光路轴线上的望远镜、分光镜，平行分光镜、第一个及第二个二维渥拉斯顿棱镜和二维直角棱镜，设置在分光镜与第一个二维渥拉斯顿棱镜之间接收返回光的第二检偏器和第二光电接收器、第三检偏器和第三光电接收器，设置在分光镜反射光路上的第一检偏器和第一光电接收器，以及与三个光电接收器相连的双路信号处理单元和显示单元。本发明专利技术采用二维光学元件代替一维光学元件，使得水平方向和垂直方向的直线度装置的安装调试和测量一次完成，缩短了测量时间，提高了安装精度，可以更精确地评价被测物体的直线度／同轴度误差状况。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光精密测量技术，尤其涉及一种应用激光进行高精度准直测量技术。
技术介绍
直线度的测量是几何计量领域中最基本的计量项目之一，长距离直线度测量在导轨的安装准直、大型仪器的安装定位、精密仪器制造与检测、大尺寸测量、军工产品制造等领域有着广泛的应用。许多工程中要求对多组轴、孔的同轴度测量，要求测量能断续进行，相对于直线度，同轴度测量提出了更高的要求。清华大学殷纯永等人提出一种利用横向赛曼双频激光器测量直线度/同轴度的方法，利用一维直线度/同轴度干涉仪分别进行水平方向和垂直方向直线度/同轴度的测 量，在进行水平方向测量和垂直方向测量切换时，需要将构成干涉仪的两个渥拉斯顿 棱镜和直角棱镜旋转90度。该方法的测量范围达到30m。该方法的实现装置如图1所示，包括横向赛曼稳频双频激光器光源101、望远 镜102、分光镜103、可转动卯度的活动套筒106、 一对玻璃光楔(图中未示出)、第 一、第二渥拉斯顿棱镜107、 108和直角棱镜109，分别设置在该分光镜103的反射光 路和渥拉斯顿棱镜107返回光路上的第一检偏器104和第一光电接收器105、第二检 偏器UO和第二光电接收器111，以及与两个光电接收器相连的由信号放大电路、相 位器112和计算机113构成的信号处理单元。所说的光源采用横向赛曼激光器，直接出射两个相互正交的线偏振光；所说的两 个渥拉斯顿棱镜107和108，其分束角完全相同；所说的一对光楔(图中未示出)安 装在第一渥拉斯顿棱镜的两个端面上，调节它们可以校正从第一渥拉斯顿棱镜107出 射的两束光(两束光未完全分开)相对于原入射光的不对称；所说的第二检偏器110 和第二光电接收器lll固定在活动套筒106上，可以与活动套筒106—同转动，光束 通过活动套筒106的非中心小孔可以被第二光电接收器111接收；所说的激光源10、 望远镜102、分光镜103、活动套筒106、检偏器104和110、光电接收器105和112都安装在一个底座(图中未示出)上，构成激光头。上述装置的工作过程为正交偏振光先经过分光镜103，将入射光分为两束，一 束作为参考光，另一束作为测量光。参考光经过第一检偏器104进行合成，由第--光 电接收器105接收转换成交流电信号，即参考信号。测量光先通过第一渥拉斯顿棱镜 107后，分开一小角度，再通过第二渥拉斯顿棱镜108后，变成两束平行光，经直角 棱镜109反射后，再依次通过第二渥拉斯顿棱镜108和第一渥拉斯顿棱镜107，又变 成一束光，经过第二检偏器110进行合成，由第二光电接收器lll接收转换成交流电 信号，即测量信号。第一渥拉斯顿棱镜107或第二渥拉斯顿棱镜108的垂直于光路方 向的移动会使测量信号相对于参考信号间的相位发生变化，用相位器112将参考信号 和测量信号进行相位比较，将结果送到计算机113进行数据处理，就可得到第一渥拉 斯顿棱镜107或第二渥拉斯顿棱镜108的移动量。若将第二渥拉斯顿棱镜108和直角棱镜109放于导轨一端，激光头放于另一端， 调整光路使之平行于导轨，使第一渥拉斯顿棱镜107沿导轨移动，即可测得导轨的水 平或垂直方向上的直线度偏差，将第一渥拉斯顿棱镜107装在特定的耙子上即可用于 同轴度测量。该方法的测量原理为为了实现断续测量，在量程范围内产生的光程差变化不能 超过一个波长，信号相位的变化必须在士180。内，这样就必须对测量范围和分辨率作 统一考虑。取测量信号和参考信号相位变化O.r对应Wl横向移动lpm，这样对渥拉 斯顿棱镜107和108来说<formula>formula see original document page 5</formula>式中人激光波长e:渥拉斯顿棱镜107和108的两出射光之间的夹角C:相位卡计数器的累加数根据设计，有^l(im， ；H).6328nm， CM).1。得 9/2=0.0025°再根据 Sin(W2) = ("。—得渥拉斯顿棱镜的楔角 P=0.28° 信号相位每变化O.r对应渥拉斯顿棱镜107或108横向移动l拜，信号一个周期 ±180°就代表Wl移动il.8mm，这个测量范围在通常的直线度/同轴度测量中是足够 的。在测量相位时，由于信号不会跨越一个周期，保证了读数的单值性，而且相位测 量是状态测量，渥拉斯顿棱镜移出光路，再放回光路中，测量还能继续进行，因而可 用于同轴度的测量。按上述参数，两光束分开角度^s0.005°，可计算得在30m处两光束中心分开约 2.6mm，光斑本身直径约为8mm左右，因而在30m内两光束中心间距小于光斑半径， 此时两光束波前倾斜相关性大于0.9，对空气扰动有较强的抵抗力。对于更长距离的 测量要求，可以重新设计渥拉斯顿棱镜的楔角，减小两光束的分开角度，这样增大了 位移当量，降低了灵敏度，可获得更好的测量效果。采用该装置进行直线度/同轴度测量方法包括以下步骤1、 采用低频差横向赛曼激光器做光源IOI，该激光器输出两个正交的线偏振光， 它们的频差很低，约为240KHz;2、 该相互正交的线偏振光通过望远镜102准直扩束后，通过一个分光镜103后 分成两部分光；3、 第一部分光经过第一检偏器104进行合成，由第一光电接收器105接收形成 参考信号；4、 第二部分光经过活动套筒106的中心小孔射出，通过第一渥拉斯顿棱镜107 后，这束光含有两种频率、偏振方向正交的光分成夹有一小角度的两束光，再通过第 二渥拉斯顿棱镜108后，变成两束平行光，这两束光没有完全分开；5、 该两束平行光被直角棱镜109反射后，反射光束和入射光束平行，再依次通 过渥拉斯顿棱镜108、 107后又变成一束光；6、 该束光经过活动套筒106的非中心小孔射出，经过第二检偏器110进行合成， 由第二光电接收器111接收形成测量信号；7、 该测量信号和第4步骤所说的参考信号被送入相位器112进行相位比较，得 到该测量信号和参考信号的相位差。当渥拉斯顿棱镜107或108在水平面内沿着垂直 于光线传播方向有移动时，此相位差的变化就反映了移动量，即水平方向的直线度；8、 将直角棱镜绕入射光路轴线旋转90度，此时被直角棱镜109反射的光束也相 对于原位置转过了90度，接着再将渥拉斯顿棱镜108、 107也旋转90度，使反射光束通过它们射出，然后将固定有第二检偏器110和第二光电接收器111的活动套筒106 旋转卯度，使反射光仍能通过活动套筒106的非中心小孔，被第二光电接收器111 接收。此时当渥拉斯顿棱镜107或108在竖直面内沿着垂直于光线传播方向有移动时， 此相位差的变化就反映了移动量，即垂直方向的直线度；9、将渥拉斯顿棱镜107或108装在测量同轴度的靶子上，将靶子装在被测孔中， 按前述方法分别测出各点的水平方向和垂直方向上的偏差，最后将其合成起来，即得 到孔的同轴度偏差测量结果。该方法的直线度/同轴度测量范围为1.8mm，分辨率O.l)Lim。该方法的歩骤8要 求将直角棱镜109、渥拉斯顿棱镜107或108和活动套筒106都手动旋转90度， 一来 说明不能同时测量水平方向直线度和垂直方向直线度/同轴度，需要测量两趟，比较 费时，而且两趟测量设置的起始位置会存在微小差异，所以测本文档来自技高网...

【技术保护点】
二维横向塞曼双频激光直线度／同轴度测量装置，包括：双频激光器光源、依次设置在该激光器发射端的光路轴线上的望远镜、分光镜，其特征在于，其后在光路轴线上还依次设置有平行分光镜、第一个二维渥拉斯顿棱镜、第二个二维渥拉斯顿棱镜和二维直角棱镜，设置在分光镜与第一个二维渥拉斯顿棱镜之间接收返回光的第二检偏器和第二光电接收器、第三检偏器和第三光电接收器，设置在该分光镜的反射光路上的第一检偏器和第一光电接收器，以及与三个光电接收器相连的双路信号处理单元和显示单元。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋弘，吴健，陈强华，柳忠尧，李睿颖，
申请(专利权)人：北京市普锐科创科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]