[发明专利]一种特殊几何点位移的光学倍频激光干涉测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于一种光学计量领域，涉及一种特殊几何点位移的光学倍频激光干涉测量方法，适用于被测点是被测物的特殊几何点，如被测物是空心，测量点被遮挡或是为敏感区域。

背景技术

1958年激光问世以来，加上现代微电子技术的发展，激光干涉仪已成为目前最精确的长度与位置测量装置之一，随着激光的偏振特性被发现，偏振激光干涉仪被应用在高分辨力位移测量中，它具有光应用效率高的特点；典型的迈克尔逊偏振激光干涉仪原理是将一束圆偏振激光经过偏振分光镜PBS分成P光和S光，它们经参考反射镜和移动反射镜以及四分之一波片后原路返回，并在分光点处重新相遇，最后形成干涉，其中移动反射镜往往与被测对象连成一体，测量时，被测对象必须沿着导轨移动，被测点往往就是移动反射镜所在之处，对于特殊几何点测量无法准确测量。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术中存在的不足之处，提供一种可应用于无导轨运动测量等测量对象自由度较多的复杂运动以及被测点是被测物的特殊几何点，如被测物是空心，测量点被遮挡或是为敏感区域等。

为达到上述目的，本发明提供一种特殊几何点位移的光学倍频激光干涉测量系统及方法。

本发明的技术内容是：

一种特殊几何点位移的光学倍频激光干涉测量系统，所述系统包括被测物6，激光器1，角锥棱镜单元，偏振分光单元和相干/接收装置7；

所述的角锥棱镜单元包括2个角锥棱镜组；所述每一个角锥棱镜组包括1个角锥棱镜和1个平面镜；所述角锥棱镜单元中的两个角锥棱镜4和5分别设置在待测特殊几何点的对称两侧，且角锥棱镜4和5入射面平行于被测物表面并垂直于入射光；

在测量中，在所述角锥棱镜单元中的一对平面镜P3，P4的各个反射面分别与角锥棱镜4和5出射面互相平行，角锥棱镜面对面放置。

所述的偏振分光单元包括2个偏振分光组；所述每一个偏振分光组包括1个偏振分光镜，1个平面镜和一对λ/4波片；

所述偏振分光单元的2个偏振分光组分别设置在所述2个角锥棱镜组一侧；每一个偏振分光组的一对λ/4波片分别设置在所述一对偏振分光镜的附近；所述每一个偏振分光组中的平面镜设置在所述该组其中一个λ/4波片的后面。

所述角锥棱镜单元设置在所述被测物表面，所述偏振分光单元放置在所述角锥棱镜单元的一侧；所述激光器设置在所述其中一个偏振分光镜一侧；所述相干/接收装置放置在另一个偏振分光镜一侧；

所述激光器输出的光线通过所述偏振分光镜分为测量光和参考光；所述参考光不经过所述角锥棱镜单元，而通过偏振分光单元后进入所述相干/接收装置；所述测量光依次经过第一偏振分光镜进入第一个角锥棱镜后被平面镜反射，沿原光路再次进入该角锥棱镜返回至第一偏振分光镜，光线从第一偏振分光镜进入第二偏振分光镜，后经过第二个偏振分光镜进入第二个角锥棱镜，后被平面镜反射，沿原光路返回进入第二偏振分光镜后，进入相干/接收装置和所述参考光形成干涉。

上述所说的被测点是被测物的特殊几何点，特殊几何点指被测物是空心，或测量点被遮挡或是为敏感区域等，在这里我们想表达的意思是：激光测量物体的位移时，往往取被测物一点(在该点粘上反光镜等)的位移变化，该点的选取在精密测量中必须是几何中心(对称中心)，这样被测物由于温度变化引起形变以及扭摆等引起被测物各点位移变化不一致，在几何中心点处得到抑制(对称性决定的)；但是实际应用中被测物的中心点并不一定都能作为被测点例如空心、被遮挡(光线打不上去)或敏感区域不能粘贴平面镜等，甚至被测物中心区域就是一个点等。

在具体的应用中，系统中，所述一对偏振分光镜中第一偏振分光镜2和第二偏振分光镜3的分光面之间角度为90度；

设置在所述第一偏振分光镜2周围的λ/4波片B1和λ/4波片B2分别设置在所述第一偏振分光镜2的上面和右侧面，且与所述偏振分光镜镜面平行；且所述第一偏振分光镜2周围的平面镜P1放置在所述λ/4波片B2的右侧；

设置在所述第二偏振分光镜3周围的λ/4波片B3和λ/4波片B4分别设置在所述第二偏振分光镜3的上面和左侧面，且与所述偏振分光镜镜面平行；且所述第二偏振分光镜3周围的平面镜P2放置在所述λ/4波片B4的左侧；

所述激光器设置在第一偏振分光镜2的下方；所述相干/接收装置设置在所述第二偏振分光镜3的下方。

在具体的应用中，系统还可采取，所述一对偏振分光镜中第一偏振分光镜2和第二偏振分光镜3的分光面之间平行；