一种基于扫频白光干涉的量块测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于扫频白光干涉的量块测量装置及测量方法，涉及量块测量技术领域，所述装置包括扫频激光器、第三分光棱镜、第一反射镜、第一分光棱镜、第二反射镜、待测量块、第三反射镜、第二分光棱镜、光电探测器、数据处理端，本发明专利技术采用高灵敏度、高稳定性、抗干扰能力强的绝对测量方法，一次测量即可得出量块的长度，测量操作简单，无需与标准量块进行比较，不受标准量块精度的限制，可用于较高等级量块的测量。级量块的测量。级量块的测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于扫频白光干涉的量块测量装置及测量方法


[0001]本专利技术属于量块测量
，具体涉及一种基于扫频白光干涉的量块测量装置及测量方法。

技术介绍

[0002]量块是国际上通用的、最为重要的长度量值的实物量具传递标准之一。它在产品的质量保证体系中发挥着极其重要的作用，量块的检定工作是保证量块能够正常使用的不可或缺的步骤。因此，对于量块长度检定的要求也在不断提高。量块测量技术分为接触式测量和非接触式测量，随着量块测量技术的发展，接触式测量逐渐被淘汰，非接触式的方法主要是光学干涉技术。光学干涉测量的是相对于参考面的光程差，因此易受到外界因素的干扰，如空气流动、温度变化、机械振动等，对环境要求严格，基于光学干涉技术的量块测量可以分为比较测量和绝对测量。
[0003]比较测量需要将待测量块与更高级的量块作比较求差值，中国专利CN114608452A公开了一种嵌有标准具的无研合双端面量块测量系统，通过测量白光零次干涉条纹的方法获得待测量块与标准具的差值，这种方法是基于时域的白光干涉技术，测量精度较低，而且测量过程中，需要移动参考臂，稳定性低，容易引入误差；公开号为CN113251897A的中国专利文件公开了一种基于白光干涉的量块测量装置及方法，该专利技术结合傅里叶变换的频率和相位，分别获取待测量块和标准量块两端面的光程差，进而得到待测量块与标准量块的差值，该方法在测量过程中需要依次调整待测量块和标准量块的位置，无法进行绝对测量。
[0004]绝对测量目前多采用基于多波长的小数重合法增加可测量范围，需要采用多个波长测量同一量块，对于外界环境要求严格，系统复杂，而且测量长度与光源波长有关，因此要求光源具有高稳定性。
[0005]现有技术存在如下问题：
[0006]1、比较测量法的测量准确度依赖于所使用标准量块的精度，且待测量块长度与测量精度之间成反比，在测量过程中需要对量块位置进行调整，容易引起测量误差。
[0007]2、基于多波长小数重合法的绝对测量方法对光源依赖性大，需要使用多个光源进行多次测量，环境要求严格。

技术实现思路

[0008]本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于扫频白光干涉的量块测量装置及测量方法，进而实现对量块进行操作简单、稳定性高、抗干扰能力强的绝对测量。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于扫频白光干涉的量块测量装置，包括扫频激光器、第三分光棱镜、第一反射镜、第一分光棱镜、第二反射镜、待测量块、第三反射镜、第二分光棱镜、光电探测器、数据处理端；
[0010]所述扫频激光器用于提供扫频光源；
[0011]所述第三分光棱镜设置在扫频光源的传播路径上，第三分光棱镜用于将经过的光线分为穿透光和反射光，扫频激光器发出的扫频光源经过第三分光棱镜后分为第一测试光和第二测试光；经第三分光棱镜透射至第一反射镜的光为第一测试光，经第三分光棱镜反射至第二分光棱镜的光为第二测试光；
[0012]所述第一反射镜设置在第一测试光的传播路径上，所述第一反射镜用于改变第一测试光的传播路径，使第一测试光射向第一分光棱镜；
[0013]所述第一分光棱镜和第二分光棱镜对向设置在同一轴线上，所述第一分光棱镜和第二分光棱镜用于将经过的光线分为穿透光和反射光，第一分光棱镜设置于第一测试光的传播路径上，第一测试光经过第一分光棱镜后分为第一侧面基准光和第一侧面测试光；第二分光棱镜设置于第二测试光的传播路径上，第二测试光经过第二分光棱镜后分为第二侧面基准光和第二侧面测试光；所述第一侧面测试光和第二侧面测试光共轴共路；
[0014]所述第二反射镜设置在第一侧面基准光的传播路径上，第二反射镜用于沿原路径反射第一侧面基准光；
[0015]所述第三反射镜设置在第二侧面基准光的传播路径上，第三反射镜用于沿原路径反射第二侧面基准光；
[0016]所述待测量块放置于第一分光棱镜和第二分光棱镜之间，第一侧面测试光和第二侧面测试光分别垂直射在待测量块的第一侧面和第二侧面上；
[0017]所述光电探测器设置在第三分光棱镜的远离第二分光棱镜一侧，并与数据处理端电连接，光电探测器用于收集经过第三分光棱镜的第一侧面基准光、第二侧面基准光、第一侧面测试光以及第二侧面测试光，生成干涉信号并将干涉信号传输给数据处理端；
[0018]所述数据处理端用于根据干涉信号计算干涉光的光程差，进而计算待测量块第一侧面和第二侧面上之间的长度。
[0019]一种基于上述扫频白光干涉的量块测量装置的测量方法，包括系统标定过程以及测量过程，具体步骤如下：
[0020]系统标定过程：
[0021]S1：未放置待测量块，用遮光板遮住第一分光棱镜至第二反射镜的通路，第一侧面基准光的光路中断，第一侧面测试光经过第二分光棱镜的反射后透过第三分光棱镜进入光电探测器，第二侧面基准光经第三反射镜7反射后透过第二分光棱镜和第三分光棱镜后进入光电探测器，第二侧面测试光经过第一分光棱镜、第一反射镜和第三分光棱镜的反射后进入光电探测器，探测器记录干涉信号并传给数据处理端,记该干涉光谱为I1，第一侧面测试光和第二侧面测试光光程相同，记第一侧面测试光和第二侧面测试光所合成的光为增强光，根据I1计算第二侧面基准光与增强光的光程差s1；
[0022]S2：移动遮光板，使其遮住第二分光棱镜至第三反射镜的通路，第二侧面基准光的光路中断，第一侧面基准光的光路开放，第一侧面基准光经过第二反射镜反射后透过第一分光棱镜，并经过第一反射镜和第三分光棱镜的反射后进入光电探测器，第一侧面测试光和第二侧面测试光也进入光电探测器，第一侧面测试光和第二侧面测试光光程相同，记第一侧面测试光和第二侧面测试光所合成的光为增强光，光电探测器记录干涉信号并传给数据处理端,记该干涉光谱为I2，根据I2计算第一侧面基准光与增强光的光程差s2；
[0023]测量过程：
[0024]S3：将待测量块放置于第一分光棱镜和第二分光棱镜之间，使第一侧面测试光和第二侧面测试光分别垂直射在待测量块的第一侧面和第二侧面上，用遮光板遮住第三分光棱镜至第一反射镜的通路，第二侧面基准光经第三反射镜反射后透过第二分光棱镜和第三分光棱镜后进入光电探测器，第二侧面测试光经过待测量块对应侧面和第二分光棱镜的反射后，透过第三分光棱镜进入光电探测器，光电探测器记录干涉信号并传给数据处理端,记该干涉光谱为I3，根据I3计算第二侧面基准光和第二侧面测试光的光程差s3；
[0025]S4：移动遮光板，使遮光板遮住第三分光棱镜至第二分光棱镜的通路，第一侧面基准光经过第二反射镜反射后透过第一分光棱镜，并经过第一反射镜和第三分光棱镜的反射后进入光电探测器，第一侧面测试光经过待测量块对应侧面、第一分光棱镜、第一反射镜和第三分光棱镜的反射后进入光电探测器，光电探测器记录干涉信号并传给数据处理端,记该干涉光谱为I4，根据I4计算第一侧面基准光和第一侧面测试光的光程差s4；
[0026]S5：数据处理端利用系统标定值s本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于扫频白光干涉的量块测量装置，其特征在于，包括扫频激光器(1)、第三分光棱镜(2)、第一反射镜(3)、第一分光棱镜(4)、第二反射镜(5)、待测量块(6)、第三反射镜(7)、第二分光棱镜(8)、光电探测器(9)、数据处理端(10)；所述扫频激光器(1)用于提供扫频光源；所述第三分光棱镜(2)设置在扫频光源的传播路径上，第三分光棱镜(2)用于将经过的光线分为穿透光和反射光，扫频激光器(1)发出的扫频光源经过第三分光棱镜(2)后分为第一测试光和第二测试光；经第三分光棱镜(2)透射至第一反射镜(3)的光为第一测试光，经第三分光棱镜(2)反射至第二分光棱镜(8)的光为第二测试光；所述第一反射镜(3)设置在第一测试光的传播路径上，所述第一反射镜(3)用于改变第一测试光的传播路径，使第一测试光射向第一分光棱镜(4)；所述第一分光棱镜(4)和第二分光棱镜(8)对向设置在同一轴线上，所述第一分光棱镜(4)和第二分光棱镜(8)用于将经过的光线分为穿透光和反射光，第一分光棱镜(4)设置于第一测试光的传播路径上，第一测试光经过第一分光棱镜(4)后分为第一侧面基准光和第一侧面测试光；第二分光棱镜(8)设置于第二测试光的传播路径上，第二测试光经过第二分光棱镜(8)后分为第二侧面基准光和第二侧面测试光；所述第一侧面测试光和第二侧面测试光共轴共路；所述第二反射镜(5)设置在第一侧面基准光的传播路径上，第二反射镜(5)用于沿原路径反射第一侧面基准光；所述第三反射镜(7)设置在第二侧面基准光的传播路径上，第三反射镜(7)用于沿原路径反射第二侧面基准光；所述待测量块(6)放置于第一分光棱镜(4)和第二分光棱镜(8)之间，第一侧面测试光和第二侧面测试光分别垂直射在待测量块(6)的第一侧面和第二侧面上；所述光电探测器(9)设置在第三分光棱镜(2)的远离第二分光棱镜(8)一侧，并与数据处理端(10)电连接，光电探测器(9)用于收集经过第三分光棱镜(2)的第一侧面基准光、第二侧面基准光、第一侧面测试光以及第二侧面测试光，生成干涉信号并将干涉信号传输给数据处理端(10)；所述数据处理端(10)用于根据干涉信号计算干涉光的光程差，进而计算待测量块(6)第一侧面和第二侧面上之间的长度。2.一种基于权利要求1所述的扫频白光干涉的量块测量装置的测量方法，其特征在于，包括系统标定过程以及测量过程，具体步骤如下：系统标定过程：S1：未放置待测量块(6)，用遮光板遮住第一分光棱镜(4)至第二反射镜(5)的通路，第一侧面测试光经过第二分光棱镜(8)的反射后透过第三分光棱镜(2)进入光电探测器(9)，第二侧面基准光经第三反射镜(7)反射后透过第二分光棱镜(8)和第三分光棱镜(2)后进入光电探测器(9)，第二侧面测试光经过第一分光棱镜(4)、第一反射镜(3)和第三分光棱镜(2)的反射后进入光电探测器(9)，探测器(9)记录干涉信号并传给数据处理端(10),记该干涉光谱为I1，第一侧面测试光和第二侧面测试光光程相同，记第一侧面测试光和第二侧面测试光所合成的光为增强光，根据I1计算第二侧面基准光与增强光的光程差s1；S2：移动遮光板，使其遮住第二分光棱镜(8)至第三反射镜(7)的通路，第二侧面基准光
的光路中断，第一侧面基准光的光路开放，第一侧面基准光经过第二反射镜(5)反射后透过第一分光棱镜(4)，并经...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐肖凡，王毅，朱鹏程，马振鹤，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：