CN103674220A - 测振系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种测振系统，用于测量工作台的振动，具有：光源发射部、光学分束部、图像采集部和图像处理部，光学分束部采用分束镜，反射部包括均与工作台连接的第一反射单元和第二反射单元，第一反射单元包括第一反射镜和第二反射镜，第一反射镜将第一反射光束垂直反射至下方的第二反射镜，第二反射镜将第一反射光束再反射回第一反射镜，第二反射单元包括第三反射镜和第四反射镜，第三反射镜将第一透射光束垂直反射至下方的第四反射镜，第四反射镜将接第一透射光束再反射回第三反射镜，第二反射镜的反射面与第四反射镜的反射面间的夹角不超过10°。此结构能实现测量工作台水平与垂直方向上的混合微小振动，对高精度作业工作台的防振有重大意义。

Description

测振系统

技术领域

本发明涉及一种测振系统，用于测量工作台的振动。

背景技术

近年来，低频微小振动测试技术的研究受到了越来越多的重视，特别是随着现代工程技术的飞速发展，高精度的低频微小振动测量已经成为目前工业和科学发展中迫切需要解决的问题。目前测量振动的主要方法有机械式测量、电气式测量和光学式测量三类：机械式的测量方法抗干扰能力强，但测量的频率范围、动态范围和线性范围窄，测量精度不高；电测方法灵敏度高，但难于绝缘处理，易受电磁场干扰，难以达到安全生产的目的；光学测量方法精度高、频率范围广、电气绝缘、不会引起电网谐振，是实现高精度振动测量的主要方法。其中，激光干涉测量法是以激光干涉原理为基础进行测量的一种光学测量方法。与一般的光学测量方法相比，激光干涉测量法具有更高的测试灵敏度和准确度。

激光干涉测量法理论上具有极高的分辨率，但是由于测量精度受诸多因素的影响，使得理论与实践之间还存在较大的差距。因此，它的设计和研究成为非常活跃的领域，出现了不同的测量方案，其中之一就是迈克尔逊干涉仪测振，迈克尔逊干涉仪是利用透射光束和反射光束等厚干涉，得到明暗交替的等间距直条纹，采用图像采集处理得到的条纹，对其进行细化，可分辨出0.1λ、0.01λ甚至更小的条纹移动量，对应的工作台振动幅度为0.1λ/2、0.01λ/2，可用其测量工作台的微小振动，十分便捷，但是传统的迈克尔逊干涉仪由于其的反射部有两个反射单元，每个反射单元只有一块反射镜，只能测量工作台水平方向的振动，而不能测整个工作台的水平方向与垂直方向上的混合振动，测量有局限性，所以，一种能测量工作台混合振动的迈克尔逊测振系统是十分必要的，当工作台同时具有水平方向与垂直方向的振动时，测量其混合振动并以此对工作台进行校准，并且这对有些需要进行高精度作业的工作台的防振有重大意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种测振系统，能测量工作台水平方向和垂直方向上的混合振动，以解决现有技术存在的上述问题

本发明为了实现上述目的，采用了以下结构：

本发明提供一种测振系统，用于测量工作台的振动，其特征在于，具有：

光源发射部，用于发射与工作台平行的入射光；

光学分束部，用于将入射光经过一次透射和一次反射分别形成第一透射光束和第一反射光束；

反射部，用于将第一透射光束和第一反射光束反射回光学分束部进行二次反射和二次透射分别形成第二反射光束和第二透射光束；

图像采集部，用于接收并采集第二反射光束和第二透射光束之间相干涉所成的干涉条纹；

图像处理部，用于对图像采集部采集到的干涉条纹进行处理，得出工作台水平方向和垂直方向上振动大小，

其中，光学分束部采用分束镜，分束镜与入射光呈45°角；

反射部包括第一反射单元和第二反射单元，

第一反射单元用于反射第一反射光束，包括第一反射镜和第二反射镜，第一反射镜用于接收第一反射光束并将第一反射光束反射至第二反射镜，第二反射镜用于接受第一反射光束并将其再反射回第一反射镜，第一反射镜的反射面与工作台的表面呈45°角，第二反射镜位于第一反射镜的下方，第一反射镜与第二反射镜均与工作台连接，

第二反射单元用于反射第一透射光束，包括第三反射镜和第四反射镜，第三反射镜用于接收第一透射光束并将第一透射光束反射至第四反射镜，第四反射镜用于接受第一透射光束并将其再反射回第三反射镜，第三反射镜的反射面与工作台的表面呈45°角，第四反射镜位于第三反射镜的下方，第三反射镜与第四反射镜均与工作台连接，

第二反射镜的反射面与第四反射镜的反射面呈一定夹角，夹角不超过10°。

进一步的，本发明的测振系统中，还可以具有这样的特征：

其中，入射光采用短波长的氦镉激光。

进一步的，本发明的测振系统中，还可以具有这样的特征：

其中，光源发射部与光学分束部之间设有光阑。

进一步的，本发明的测振系统中，还可以具有这样的特征：

其中，图像采集部采用CCD相机。

发明的作用与效果

根据本发明的测振系统，用于测量工作台的振动，因为采取了以下结构：在原有迈克尔逊干涉仪的基础上进行了改进，原有的迈克尔逊干涉仪的每个反射单元只有一块反射镜，其只能反馈工作台水平方向上的振动，而改良的迈克尔逊干涉仪在反射部的每个反射单元中的原有反射镜下方各自加了一块反射镜，使原有的一块反射镜改变为两块能够互相反射的反射镜，由于反射单元中的反射镜都与工作台连接，反射单元中的一块反射镜反射的光束用于反馈工作台水平方向上的振动，一块反射镜反射的光束用于反馈工作台垂直方向上的振动，且工作台水平和垂直方向上的振动都能造成反射单元反射的光束的移动，从而影响等厚干涉的干涉条纹，用此改良迈克尔逊干涉仪与高精度图像采集部连接，可分辨出微小的条纹移动量，由于条纹的移动量与工作台的振动幅度呈正比，使其能够测量工作台的水平和垂直方向上的混合微小振动。

这种结构能够弥补原有迈克尔逊干涉仪测振系统仅仅能测量水平方向上的振动的不足，使用起来十分便捷，能够适应各种工作台上微小混合振动的测量，这对有些需要进行高精度作业的工作台的防振有重大意义。

附图说明

图1是本发明的测振系统在实施例中的光路示意图；

图2是本发明的测振系统在实施例中的单个反射单元的光路局部放大示意图；以及

图3是本发明的测振系统在实施例中的干涉条纹示意图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明所涉及的测振系统做详细阐述。

<实施例>

图1是本发明的测振系统在实施例中的光路示意图；

如图1所示，本测振系统13采用光源1为波长为441.6nm的蓝色氦镉激光，激光经过光阑3，光阑3用于控制激光的通过量，以及准直镜10调整光路后入射到分束镜2；

蓝色氦镉激光经由分束镜2经由一次反射和一次透射分成第一反射光束和第一透射光束，第一反射光束透过分束镜反射90°到与工作台表面成45°角的第一反射镜9上，第一反射镜9将其垂直反射到处于下方的第二反射镜5上，第二反射镜5的镜面与工作台表面的夹角为175°，第二反射镜5反射第一反射光束至第一反射镜9，第一反射光束逆光路返回分束镜2；第一透射光束直线透过分束镜2照射到与同样与工作台表面呈成45°角的第三反射镜8上，再垂直反射到处于下方的第四反射镜4上，第四反射镜4与工作台表面的夹角为179°，第四反射镜4反射第一透射光束至第三反射镜8，第一透射光束逆光路返回分束镜，

第一反射光束和第一透射光束经分束镜2通过二次透射和二次反射后各自形成第二透射光束和第二反射光束，而后照射到扩束器6，形成的干涉条纹经过扩束后使然后由灵敏度较高的CCD相机7接收。

第四反射镜4的反射面和第二反射镜5的反射面由于形成4°夹角，可以互相等厚干涉，形成干涉条纹。

第一反射镜9、第二反射镜5、第三反射镜8和第四反射镜4能够随着工作台的振动而振动。当工作台同时水平方向和垂直方向上振动时，其水平上的振动会影响到反射到第一反射镜9与第三反射镜8的光束，而其垂直方向上的振动会影响到第二反射镜5与第四反射镜4的光束，进而影响干涉条纹，干涉条纹会发生移动，采用CCD相机7采集条纹，CCD相机7则对其进行细化，可分辨出微小的条纹移动量，CCD相机7采集完图像以后，将图像传送到计算机11，计算机11通过当亮条纹移动到下一个亮条纹的位置时，对应的工作台在水平方向上或者垂直方向上的振动幅度为λ/2这一原理，测量亮条纹的位移距离以及上一个亮条纹和下一个亮条纹的之间的距离，算出以及位移距离以及上一个亮条纹和下一个亮条纹的之间距离之比，以此得出振幅大小。

图2是本发明的测振系统在实施例中的第一反射单元的光路局部放大示意图。

如图2所示，在第一反射单元12中第一反射光束透过分束镜反射90°到与工作台表面成45°角的第一反射镜9上，第一反射镜9将其垂直反射到处于正下方的第二反射镜5上，第二反射镜5的镜面与工作台表面的夹角为175°，第二反射镜5反射第一反射光束至第一反射镜9，第一反射光束逆光路返回分束镜2；

透射光束的在反射单元的光路和反射光束的在反射单元光路相同。

图3是本发明的测振系统在实施例中的干涉条纹示意图。

如图3所示，图3为第二反射光束与第二透射光束互相等厚干涉形成的干涉条纹，亮条纹移动到下一个亮条纹的位置时，对应的工作台在水平方向上或者垂直方向上的振动幅度为λ/2，根据这一原理，测量亮条纹的位移距离与上一个亮条纹和下一个亮条纹的之间距离l，算出以及位移距离和上一个亮条纹和下一个亮条纹的之间距离l之比，以此能够得出振幅大小。

实施例的作用与效果

根据本发明的测振系统，用于测量工作台的振动，因为采取了以下结构：在原有迈克尔逊干涉仪的基础上进行了改进，原有的迈克尔逊干涉仪的每个反射单元只有一块反射镜，其只能反馈工作台水平方向上的振动，而改良的迈克尔逊干涉仪在反射部的每个反射单元中的原有反射镜下方各自加了一块反射镜，使原有的一块反射镜改变为两块能够互相反射的反射镜，由于反射单元中的反射镜都与工作台连接，反射单元中的一块反射镜反射的光束用于反馈工作台水平方向上的振动，一块反射镜反射的光束用于反馈工作台垂直方向上的振动，且工作台水平和垂直方向上的振动都能造成反射单元反射的光束的移动，从而影响等厚干涉的干涉条纹，用此改良迈克尔逊干涉仪与高精度图像采集部连接，可分辨出微小的条纹移动量，由于条纹的移动量与工作台的振动幅度呈正比，使其能够测量工作台的水平和垂直方向上的混合微小振动。

这种结构能够弥补原有迈克尔逊干涉仪测振系统仅仅能测量水平方向上的振动的不足，使用起来十分便捷，能够适应各种工作台上微小混合振动的测量，这对有些需要进行高精度作业的工作台的防振有重大意义。

另外，入射光采用波长较短的蓝色氦镉激光，能够使λ数值较小，使其能够测量微小混合振动，精度更高。

另外，光源和分束镜之间设有光阑，用于滤去散光，控制蓝色氦镉激光的通过量。

另外，图像采集使用CCD相机，能使其采集的干涉条纹分辨率更高，便于处理，使其能够测量微小混合振动，精度更高。

另外，本实施例采用的测振系统，第四反射镜的反射面和第二反射镜的反射面形成的夹角不仅仅限于4°，在大于0°且小于10°的范围内均能实现，第二反射镜镜面与第四反射镜镜面与工作台表面的夹角度也不仅仅限于175°与179°，在135°到180°的范围内均能实现。

当然本发明所涉及的测振系统并不仅仅限定于在上述实施例中的结构。以上内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种测振系统，用于测量工作台的振动，其特征在于，具有：

光源发射部，用于发射与所述工作台平行的入射光；

光学分束部，用于将所述入射光经过一次透射和一次反射分别形成第一透射光束和第一反射光束；

反射部，用于将所述第一透射光束和所述第一反射光束反射回所述光学分束部进行二次反射和二次透射分别形成第二反射光束和第二透射光束；

图像采集部，用于接收并采集所述第二反射光束和所述第二透射光束之间相干涉所成的干涉条纹；

图像处理部，用于对所述图像采集部采集到的所述干涉条纹进行处理，得出所述工作台水平方向和垂直方向上振动大小，

其中，所述光学分束部采用分束镜，所述分束镜与所述入射光呈45°角；

所述反射部包括第一反射单元和第二反射单元，

所述第一反射单元用于反射所述第一反射光束，包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜用于接收所述第一反射光束并将所述第一反射光束反射至所述第二反射镜，所述第二反射镜用于接受第一反射光束并将其再反射回所述第一反射镜，所述第一反射镜的反射面与所述工作台的表面呈45°角，所述第二反射镜位于所述第一反射镜的下方，所述第一反射镜与所述第二反射镜均与所述工作台连接，

所述第二反射单元用于反射所述第一透射光束，包括第三反射镜和第四反射镜，所述第三反射镜用于接收所述第一透射光束并将所述第一透射光束反射至所述第四反射镜，所述第四反射镜用于接受第一透射光束并将其再反射回所述第三反射镜，所述第三反射镜的反射面与所述工作台的表面呈45°角，所述第四反射镜位于所述第三反射镜的下方，所述第三反射镜与所述第四反射镜均与所述工作台连接，

所述第二反射镜的反射面与所述第四反射镜的反射面呈一定夹角，所述夹角不超过10°。

2.根据权利要求1所述的测振系统，其特征在于：

其中，所述入射光采用短波长的氦镉激光。

3.根据权利要求1所述的测振系统，其特征在于：

其中，所述光源发射部与所述光学分束部之间设有光阑。

4.根据权利要求1所述的测振系统，其特征在于：

其中，所述图像采集部采用CCD相机。

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