用于小角度测量的共光路激光干涉装置及测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于小角度测量的共光路激光干涉装置及测量方法。装置包括玻璃平板、角锥棱镜、发射准直光束的干涉仪的内部光路系统、内部光路系统直线滑移座和与目标固定的目标直线滑移座，所述内部光路系统装设于内部光路系统直线滑移座上，所述玻璃平板和角锥棱镜组装于目标直线滑移座上，所述玻璃平板的前后两个表面具有楔角α，所述玻璃平板的前表面与内部光路系统发出的准直光束垂直，所述角锥棱镜的对称轴与所述玻璃平板的光轴重合。测量方法包括用上述的装置同时测量直线运动目标的偏摆角和俯仰角的方法，以及用上述的装置同时测量直线运动目标的滚转角和偏摆角的方法。本发明具有结构简单、分辨率高、精度高、抗干扰能力强的优点。
【专利说明】用于小角度测量的共光路激光干涉装置及测量方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光学精密测量【技术领域】，尤其涉及一种用于小角度测量的共光路激光干涉装置及测量方法。
【背景技术】
[0002]小角度测量在精密、超精密加工机床与测量设备中具有非常重要的意义和作用，是机床设备的几何精度测定、补偿以及校准的重要内容之一。角度测量有机械式、光电式等多种方法，其中光学测量方法以其高分辨率和高精度在小角度测量方面获得了越来越广泛的应用，尤以光学自准直法和激光干涉法为代表。
[0003]光学自准直法主要由自准直仪和平面反射镜组成，反射镜通常安装在被测物体如机床运动部件上，当存在小角度扰动时，反射镜反射准直光进入自准直仪后的像点位置发生偏离，偏离量与自准直仪的两倍焦距之比就是被测的小角度值。自准直法的测角分辨率取决于焦距和CXD的分辨率，测量不确定度已经突破0.1"。
[0004]激光干涉法是根据迈克尔逊(Michelson)干涉仪原理，将被测角度转化为测试光束与参考光束的光程差变化来测量。其中参考光束所在的参考臂通常在干涉仪内部，而测试光束所在的测试臂则由安装在被测运动物体上的反射光学元件构成。由于采用激光干涉原理，角度测量的分辨率和精度都很高，但是测试臂易受到环境干扰，影响测量稳定性。Renishaw (雷尼绍)公司和Agilent (安捷伦)公司的角度干涉仪均采用潜望镜结构,将准直光束分为两束平行的参考光和测试光，利用双角锥反射镜上的两个角锥分别反射回来后发生干涉，当双角锥反射镜受到小角度扰动时，两束光的光程差将发生变化，据此测得角度值。由于两束光具有共光路特点，可以显著提高激光干涉法的抗干扰性能。该方法的缺点是只能测得一个方向的倾斜角度值，即绕两束平行光轴线所在平面法向旋转的方向。若需测量另一个方向的倾斜角度值，还需将双角锥反射镜反转90°后重新测量。
[0005]上述方法只适用于反射镜在垂直于光轴的平面内的两维倾斜角度测量，通常反射镜安装在被测物体上作直线运动，运动方向与自准直仪或干涉仪的光轴一致，因而测得的是物体运动时的偏摆与俯仰角度，而滚转角度无法测量。
[0006]
【发明者】陈善勇, 李圣怡, 戴一帆, 彭小强, 王贵林, 彭扬林 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学