CN108489424A - 用于滚转角和直线度测量的激光干涉系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于滚转角和直线度测量的激光干涉系统，让角位移的信息量在两束频率不同的激光的光程差中体现出来，实现滚转角与直线度的测量，通过分光器件，使两束激光在同一个系统中分别携带不同的光学信息，以此反映出滚转角与直线度的变化，实现同一系统滚转角和直线度的测量。测量精度达到纳米级，测量结果可以直接溯源，结构简单且稳定可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种精密测量技术，特别涉及一种用于滚转角和直线度测量的激光干涉系统。
背景技术
在军工、航天、数控机床等高科技领域中，精密基准计量和几何量精密测量具有非常重要的作用，特别是滚转角和直线度的测量技术，越来越引起人们的重视。侯文玫等人发明的滚转角测量的激光干涉系统(CN 101650166A，US 8325348)，揭示了一种测量机械装置行进时滚转角高精度测量的方法，但是无法使用该干涉系统直接测量直线度。Sommargren等人的美国专利US 4787747采用两个部分反射镜来分别反射两束偏振光束，实现直线度测量，但是由于反射镜的光轴沿水平方向相隔的距离需设定为等于两光束之间相隔的间距，因此增加了干涉系统调整的难度。侯文玫等人(CN 101650518)在此基础上结合他们发明的滚转角系统提出了一种直线度测量方法。该方法也只针对直线度有效，无法直接测量滚转角。
发明内容
本发明是针对滚转角和直线度测量不可兼得的问题，提出了一种用于滚转角和直线度测量的激光干涉系统，实现滚转角和直线度的测量。
本发明的技术方案为：一种用于滚转角和直线度测量的激光干涉系统，两个大小对称的直角三棱镜，将两个直角三棱镜的直角边长度相等的平面相互胶合，胶合面上镀有一层偏振分光膜PBS构成Koster棱镜，Koster棱镜、第一 1/4波片、两个相同斜面的楔角棱镜上下胶合而成的楔角棱镜及两个同样大小与性质的楔角反射镜上下胶合而成楔角反射镜依次上下对称放置在同一光轴上；第一激光源的光束从Koster棱镜的第一直角三棱镜的斜面入射到Koster棱镜的偏振分光膜上，并同时激光源提供参考电信号到第一相位计；偏振分光膜将光束分为两束偏振方向相互正交的p光和s光，其中p光的振动方向平行于入射面，s光的振动方向垂直于入射面，p光和s光分别经由第二直角三棱镜的斜面和第一直角三棱镜的斜面反射，从两个直角三棱镜组成的直角面射出Koster 棱镜，依次经过第一1/4波片到达楔角棱镜两个斜面，经过楔角棱镜内部折射出射到楔角反射镜两个斜面，再经过楔角反射镜反射原路返回，再进入Koster 棱镜被合光后从第二直角三棱镜的斜面出射到角隅棱镜后经过反射输出高度不同的平行光，平行光再次进入Koster棱镜分光进入第一1/4波片、楔角棱镜和楔角反射镜后返回进入Koster棱镜合光从第一直角三棱镜的斜面出射通过第一起偏器后，由第一光电检测器接收，转变成为测量电信号进入第一相位计，楔角棱镜前后移动，根据第一相位计得到的测量电信号与参考电信号之间的相位差测得；
第二激光源的光束从Koster棱镜的第二直角三棱镜的斜面入射到Koster棱镜的偏振分光膜上，并同时激光源提供参考电信号到第二相位计；经过Koster棱镜分光后从两个直角三棱镜组成的直角面射出Koster棱镜，依次经过第一1/4 波片到达楔角棱镜两个斜面，经过楔角棱镜内部折射出射到楔角反射镜两个斜面，再经过楔角反射镜反射原路返回，再进入Koster棱镜被合光后从第一直角三棱镜的斜面出射到第二1/4波片线偏振光转变为圆偏振光后进入角隅棱镜经过反射输出高度不同的平行光再经过第二1/4波片圆偏振光转变为线偏振光后，再次进入Koster棱镜分光进入第一1/4波片、楔角棱镜和楔角反射镜后返回进入Koster棱镜合光从第二直角三棱镜的斜面出射通过第二起偏器后，由第二光电检测器接收，转变成为测量电信号进入第二相位计，楔角棱镜绕光轴方向产生滚转角，根据第二相位计得到的测量电信号与参考电信号之间的偏移量测得。
本发明的有益效果在于：本发明用于滚转角和直线度测量的激光干涉系统，测量精度达到纳米级，测量结果可以直接溯源，结构简单且稳定可靠。
附图说明
图1为本发明Koster棱镜合光原理示意图；
图2为本发明Koster棱镜分光原理示意图；
图3为本发明激光干涉系统的直线度测量装置平面示意图；
图4a为本发明直线度测量原理图一；
图4b为本发明直线度测量原理图二；
图5为本发明滚转角测量装置平面示意图；
图6a为本发明滚转角测量原理图；
图6b为本发明楔角棱镜的俯视图；
图7为本发明直线度和滚转角测量装置平面示意图。
具体实施方式
双频激光干涉仪是指进入干涉仪的激光为两束频率不同的水平偏振光和垂直偏振光。当这两束激光分别通过干涉仪的干涉臂时，它们各自会携带不同的光学相位信息，当两束激光再次汇合时，会形成拍频干涉测量光信号IM，将其与参考信号IR进行比较，就能够得到相位差和被测位移长度Δl之间的关系：
其中，L1、L2是两干涉臂长，λ是激光中心频率。
由式(1)可得，如果能让角位移的信息量在两束频率不同的激光的光程差中体现出来，就能够实现滚转角与直线度的测量，但在实际测量中，由于无法保证运动轴的几何空间对称性，因此通常不会使用两台反射干涉仪来实现测量功能。根据这种情况，我们提出了一种新的技术方法，通过分光器件，使两束激光在同一个系统中分别携带不同的光学信息，以此反映出滚转角与直线度的变化。本发明设计出了一套高精密测量系统，同时实现滚转角与直线度的测量目标。
一、直线度干涉测量系统原理
本发明的测量装置中所使用的光学器件为Koster棱镜，又称五面偏振分光棱镜，它由两个大小对称的直角三棱镜组成，将两个直角三棱镜的直角边长度相等的平面相互胶合，胶合面上镀有一层偏振分光膜PBS，可等效视作偏振分光镜。偏振分光膜，简称PBS，其合光原理如图1所示，当两束光线同时照射至分光膜上时，会使振动方向与入射面垂直的S光反射，振动方向与入射面平行的P 光透射，从而实现光线的叠加。同理，分光原理见图2所示，当一束光线从直角三棱镜的斜边入射至偏振分光膜PBS时，光线将分为两束偏振方向相互正交的P光和S光，其中P光的振动方向平行于入射面，S光的振动方向垂直于入射面。该棱镜对于入射光线的反射率与透射率接近100％。
另外，测量装置中还使用了两种偏振器件——起偏器与1/4波片。偏振器件是可以将光线从一种偏振态转变为另一种偏振态的光学元件，一般可分为偏振器和相位延迟器两种。偏振器可以将各个方向光矢量E振幅相等的自然光分解为两束振动方向相互垂直且等幅的光振动，最终选择透射出线偏振光。起偏器就是一种偏振器，负责将激光器发出的自然光转换为线偏振光，而1/4波片就是相位延迟器的一类。
光线通过1/4波片后所产生的相位延迟量δ为：
由式(2)可知，偏振光透射过1/4波片后，相位延迟了的奇数倍。因此，线偏振光通过1/4波片后转变为椭圆偏振光。设入射线偏振光的电场振动方向与波片光轴的夹角为θ，若控制夹角θ的大小为±45°，则可得到出射的圆偏振光。同理，此时当圆偏振光通过1/4波片后，偏振光也会重新转变为线偏振光。在本文所设计的直线度与滚转角测量装置中，1/4波片就起到了上述作用。
如图3所示本发明一个较佳实施例，激光干涉系统的直线度测量装置平面展开示意图。Koster棱镜、第一1/4波片、楔角棱镜和楔角反射镜依次放置在同一光轴上，光轴方向为z轴，来自激光源1a的光束14从Koster棱镜2的棱镜面5(第一直角三棱镜的斜面)入射到偏振分光膜3上，并同时激光源1a提供参考电信号55到相位计13a。偏振分光膜3将光束14分为两束偏振方向相互正交的p光15和s光16，其中p光的振动方向平行于入射面，s光的振动方向垂直于入射面。光束15和光束16分别经由棱镜面4(第二直角三棱镜的斜面) 和棱镜面5反射，从棱镜面6(两个直角三棱镜的直角面)射出Koster棱镜2，即光束17和光束18。
光束17和光束18通过1/4波片7a后，分别转变为圆偏振光19和20。光束19和光束20分别经过棱镜8的第一斜面8a和第二斜面8b两面，该棱镜为两个楔角棱镜上下胶合而成，其内部折射成光束21和光束22，再经过平面8c 折射形成光束23和光束24。光束23和光束24入射至反射镜9，该棱镜为两个同样大小与性质的楔角反射镜上下胶合而成，光线分别经第一斜面9a和第二斜面9b原路反射回，形成光束25和光束26。光束25和光束26经平面8c折射进入楔角棱镜8，内部转变为光束27和光束28，再分别经过楔角棱镜8的第一斜面8a和第二斜面8b折射出来形成光束29和光束30。光束29和光束30再次经过1/4波片7a后转化成偏振方向与原入射光束17和18相互正交的线偏振光31 和32。光束31和光束32由棱镜面6入射至Koster棱镜2，分别经棱镜面4和 5反射后，于偏振分光膜3处合光形成光束33。
光束33从棱镜面4射出Koster棱镜2后，入射至角隅棱镜10a，反射形成光束34，由于角隅棱镜10a的特性，光束33和光束34相互平行，但不在一个高度。
光束34再次经由棱镜面4入射至Koster棱镜2的偏振分光膜3上，分成两束偏振方向相互垂直的光束35和光束36，它们分别源于入射光17和18。光束35和光束36分别由棱镜面4和5反射形成光束37和光束38，这两束光线从棱镜面6射出，然后经过1/4波片7a形成圆偏振光39和40，并再次入射楔角棱镜8的面8a和面8b，它们和第一次入射楔角棱镜表面的光束19和20共同构成矩形，而且左右分布，即每一侧对称分布，同一侧的两路光束为同一频率。光束39和光束40分别经过楔角棱镜8的8a和8b两面，折射成光束41和光束 42，再经过面8c折射形成光束43和光束44，然后入射至楔角反射镜9，分别经面9a和9b反射，形成光束45和光束46，其中面9a和面9b分别垂直于光束 45和光束46。光束45和光束46经面8c折射进入楔角棱镜8，转变为光束47 和光束48，再分别经过面8a和8b折射出来形成光束49和光束50，其中光束 49、光束50和第一次回到楔角棱镜表面并出射的光束29、光束30也共同构成矩形，并与光束19、20、39、40构成的矩形重合。光束49和光束50再次经过1/4波片7a后转化成偏振方向与原入射光束37和38相互正交的线偏振光51和 52。光束51和光束52由面6入射至Koster棱镜2，经棱镜面4和5反射，于偏振分光膜3处透射反射，合光形成光束53。光束53通过起偏器11a后，由光电检测器12a接收，转变成为电信号54。电信号54与参考电信号55一同进入相位计13a，以便测量正弦电测量信号与正弦电参考信号之间的相位差。
二、直线度测量装置计算原理
图4a、4b即为直线度测量原理图，其中α为楔角棱镜的楔角，楔角棱镜即为被测物体，须放置在光轴上，且使四路光线与楔角棱镜胶合面(棱镜8中心线)左右对称，当被测物体(楔角棱镜)在z轴方向运动时，其在x轴方向的位移量即为直线度。光线f1和光线f2为两束不同频率的光线，它们各自携带不同的光学信息，在楔角棱镜8的8a面和8b面入射与出射，出入射点构成一个边长为b的正方形，如图4a所示，其中点T和点Q为光线f1在楔角棱镜尚未移动时的初始出入射位置，点T`和点Q`为光线f1在楔角棱镜产生x轴方向移动后的出入射位置，点R和点S为光线f2在楔角棱镜尚未移动时的初始出入射位置，点R`和点S`为光线f2在楔角棱镜产生x轴方向移动后的出入射位置，点O和点O`分别为楔角棱镜移动前与移动后的对称中心。在楔角棱镜未发生位移时，4个对称光路的出入射位置T,Q,R,S都不发生变化。
虚线为楔角棱镜的未移动时的初始位置，如图4b所示，当其沿着x轴方向产生位移时，4个光点的位置相对于移动前的楔角棱镜偏移了d，光线f1的光路相对于移动前的楔角棱镜向楔角内端偏移，相当于减小了光束实际在楔角棱镜中的传播路程。同理，光线f2的光路相对于移动前的楔角棱镜向楔角外端偏移，相当于增加了光束实际在楔角棱镜中的传播路程。
由于楔角棱镜的材质为玻璃，而光线在棱镜外的传播介质为空气，两者的介质常数不同，因此将导致两个频率的光线传播的几何路程不变，而光学路程产生变化，其中光线f1因朝着楔角内端方向偏移，导致光学路程减少，光线f2 因朝着楔角外端方向偏移，导致光学路程增加，但因为4个光路的中心对称，因此最终光程差的绝对值是相等的。若光线在其余介质中传播，该理论依然成立。
设l为光线在楔角棱镜中传播的光学路程的变化量，则可以得到：
l＝dsinα (3)
因为两束不同频率的光线分别穿过楔角棱镜4次，在双楔角棱镜中，这两束光线的光程变化为一正一负，故光程差可以表示为：
Δl＝16l(nglass-nair) (4)
其中nglass和nair分别表示光线在玻璃与空气中的折射率，玻璃的折射率按成份不同，约为1.5～1.9，此处设为1.5，空气在20℃，760mm汞高时的折射率约为1.00027，此处设为1，代入式1.4后，可得：
Δl＝8l＝8dsinα (5)
因此可得：
根据式(6)即可计算得出偏移量d，即直线度的大小。当α为1°，相位的分辨率为时，直线度d的最小分辨率约为8.8纳米。
三、滚转角干涉测量系统原理
图5为基于激光干涉系统的滚转角测量装置平面展开示意图，其光路传播原理基本参考图2直线度测量装置原理，但光束76在入射至角隅棱镜前需要先通过一额外添置的1/4波片7b。
首先，来自激光源1b的光束57从Koster棱镜2的面4入射到偏振分光面 3上，并同时提供参考电信号98至相位计13b。光束57在偏振分光面上被分为两束偏振方向相互正交的光束58和光束59，其中光束59的振动方向平行于入射面，光束58的振动方向垂直于入射面并经棱镜面4和棱镜面5反射后，从棱镜面6出射，即光束60和光束61。
光束60和光束61通过1/4波片7a后，分别转变为圆偏振光62和63，后经楔角棱镜8的面8a和面8b折射成光束64和光束65，再射出面8c，折射形成光束66和光束67。光束66和光束67直接入射至楔角反射镜9的面9a和面9b，经反射形成光束68和光束69。光束68和光束69经面8c原路返回楔角棱镜8，折射为光束70和光束71，再分别原路通过面8a和8b，折射形成光束72 和光束73。光束72和光束73再次经过1/4波片7a后转化成偏振方向与原入射光束60和61相互正交的线偏振光74和75。光束74和光束75入射至Koster 棱镜2后，分别经由棱镜面4和5反射，于偏振分光面3处合光叠加，形成光束76。
光束76从棱镜面4射出Koster棱镜2后，先通过1/4波片7b，此时光束 76由线偏振光转变为圆偏振光76，再入射至角隅棱镜10b，反射后形成与光束 76相互平行的光束77，光束77由于再次通过1/4波片7b，因此由圆偏振光重新转变为线偏振光77。
同理，光束77入射至Koster棱镜2的偏振分光面3上，分成两束偏振方向相互垂直的光束78和光束79，又分别经棱镜面4和5反射，形成光束80和光束81，这两束光线从棱镜面6射出后经过1/4波片7a，变为圆偏振光82和 83。光束82和光束83再次入射至楔角棱镜8的面8a和面8b，它们和第一次入射楔角棱镜表面的光束62和63共同构成矩形，而且左右分布，即每一侧对称分布，同一侧的两路光束为同一频率。光束82和光束83分别经过楔角棱镜8的8a和8b两面，折射成光束84和光束85，再经过面8c折射形成光束86和光束87，入射至楔角反射镜9，后分别经面9a和9b反射形成光束88和光束89，其中面9a和面9b分别垂直于光束88和光束89。这两束光束经面8c原路返回入楔角棱镜8，折射为光束90和光束91，再分别射出面8a和8b，折射形成光束92和光束93，其中光束92、光束93和第一次回到楔角棱镜表面并出射的光束72、光束73也共同构成矩形，并与光束62、63、82、83构成的矩形重合。光束92和光束93再次经过1/4波片7a后转化成偏振方向与原入射光束80和 81相互正交的线偏振光94和95。光束94和光束95由棱镜面6入射至Koster 棱镜2，并经棱镜面4和5反射，于偏振分光面3处透射反射，合光形成光束 96。光束96通过起偏器11b后，由光电检测器12b接收后转变成为电信号97。电信号97与参考电信号98一同进入相位计13b，以便测量正弦电测量信号与正弦电参考信号之间的相位差。
四、滚转角测量装置计算原理
类似于直线度测量原理，楔角棱镜即为被测物体，须放置在光轴上，且使四路光线与楔角棱镜胶合面(棱镜8中心线)左右对称。如图6a所示，设被测物体(楔角棱镜)的滚转角为θ，4个几何空间对称的光点组成的正方形的边长为b，楔角棱镜的楔角为a，滚转时频率为f1和f2的光线的偏移量为d。
如果我们能够提供一个几何空间对称的4光路系统，则频率为f1的光线通过T点入射楔角棱镜，之后由楔角反射镜反射，沿原路返回，然后又经由S点入射，再由楔角反射镜反射，沿原路返回。同理，频率为f2的光通过R点入射楔角棱镜，之后由楔角反射镜反射，沿原路返回，然后又经由Q点入射，再由楔角反射镜反射，沿原路返回。由此，f1与f2这两束频率不同的光线就构成了一个空间四对称光路。
根据图6a所示，被测物体在发生滚转的前后，4个光路的位置是不变的，记光线与垂直于光路的横截面的交点为T,Q,R,S，这4个几何空间对称的光点组成了一个正方形，正方形的边长记为b。当楔角棱镜绕光轴方向产生滚转角θ时， 4个光点的位置依然不变，但滚转前的在楔角棱镜上的4个光点位置旋转了θ角。图6b为楔角棱镜的俯视图，即垂直于楔角棱镜横截面的方向，从该视角来看， f1和f2偏移量的绝对值均相等，f1的2个光路相对于未发生滚转前的光路沿半径方向往外偏移，而f2的2个光路相对于未发生滚转前的光路沿半径方向往内偏移。由图6a可得到滚转角θ与偏移量d之间的关系：
从式(10)可以看出，由于b为常数，所以测量得出偏移量d的大小，就能测得滚转角θ的大小。
由于楔角棱镜的材质为玻璃，而光线在棱镜外的传播介质为空气，两者的介质常数不同，因此将导致两个频率的光线传播的几何路程不变，而光学路程产生变化，其中频率为f1的光线的2个光路向外偏移，导致其在楔角棱镜(玻璃)中的传播路程增加，即光学路程增加，频率为f2的光线的2个光路向内偏移，导致其在楔角棱镜(玻璃)中的传播路程减小，即光学路程减小，但因为4 个光路的中心对称，因此最终几何距离偏移的绝对值是相等的，记为l。若光线在其余介质中传播，该理论依然成立。
如图6b所示：
由几何关系推算可得：
式(13)中，β为进入楔角棱镜的折射角。当楔角棱镜的尺寸与材料(玻璃)选定，cosβ即为常数。
因为两束不同频率的光线分别穿过楔角棱镜4次，故光程差可以表示为：
Δl＝8l(nglass-nair) (14)
将nglass和nair的值，式(1)和式(13)代入式(14)后，可得：
根据式(15)，只要测量得到相位差就能够计算得到滚转角θ的值。
本发明申请的目标是应用于一些高精度数控机床、三坐标测量机以及各类大型精密扫描定位装置，这些都是测量精密要求较高的高精度运动测量系统，滚转角误差要求很小，因此设α为1°，以便提高系统的稳定性。设b为10mm，相位计的分辨率为0.01°，由此计算可得，滚转角的测量分辨率约为0.056微弧度。另外，理论上来说，本发明只适用于测量微滚转角，并不适用于一些较大的滚转角测量，一般测量范围不宜超过±1°，最高可达到±5°，否则将无法保证测量精度。被测物体最大可允许直线运动过程理论上是没有限制的，具体大小取决于楔角反射镜的宽度。
五、发明的高精度微滚转角与直线度干涉测量装置
将图3所示直线度测量装置与图5所示滚转角测量装置进行整合，如图7 所示，即可得到一个较佳实施例的滚转角与直线度测量装置，该实验装置是基于激光干涉系统的高精度测量装置，可同时对直线度和滚转角进行高精度测量。
Claims (1)
1.一种用于滚转角和直线度测量的激光干涉系统，两个大小对称的直角三棱镜，将两个直角三棱镜的直角边长度相等的平面相互胶合，胶合面上镀有一层偏振分光膜PBS构成Koster棱镜，其特征在于，Koster棱镜、第一1/4波片、两个相同斜面的楔角棱镜上下胶合而成的楔角棱镜及两个同样大小与性质的楔角反射镜上下胶合而成楔角反射镜依次上下对称放置在同一光轴上；
第一激光源的光束从Koster棱镜的第一直角三棱镜的斜面入射到Koster棱镜的偏振分光膜上，并同时激光源提供参考电信号到第一相位计；偏振分光膜将光束分为两束偏振方向相互正交的p光和s光，其中p光的振动方向平行于入射面，s光的振动方向垂直于入射面，p光和s光分别经由第二直角三棱镜的斜面和第一直角三棱镜的斜面反射，从两个直角三棱镜组成的直角面射出Koster棱镜，依次经过第一1/4波片到达楔角棱镜两个斜面，经过楔角棱镜内部折射出射到楔角反射镜两个斜面，再经过楔角反射镜反射原路返回，再进入Koster棱镜被合光后从第二直角三棱镜的斜面出射到角隅棱镜后经过反射输出高度不同的平行光，平行光再次进入Koster棱镜分光进入第一1/4波片、楔角棱镜和楔角反射镜后返回进入Koster棱镜合光从第一直角三棱镜的斜面出射通过第一起偏器后，由第一光电检测器接收，转变成为测量电信号进入第一相位计，楔角棱镜沿光轴前后移动，根据第一相位计得到的测量电信号与参考电信号之间的相位差测得；
第二激光源的光束从Koster棱镜的第二直角三棱镜的斜面入射到Koster棱镜的偏振分光膜上，并同时激光源提供参考电信号到第二相位计；经过Koster棱镜分光后从两个直角三棱镜组成的直角面射出Koster棱镜，依次经过第一1/4波片到达楔角棱镜两个斜面，经过楔角棱镜内部折射出射到楔角反射镜两个斜面，再经过楔角反射镜反射原路返回，再进入Koster棱镜被合光后从第一直角三棱镜的斜面出射到第二1/4波片线偏振光转变为圆偏振光后进入角隅棱镜经过反射输出高度不同的平行光再经过第二1/4波片圆偏振光转变为线偏振光后，再次进入Koster棱镜分光进入第一1/4波片、楔角棱镜和楔角反射镜后返回进入Koster棱镜合光从第二直角三棱镜的斜面出射通过第二起偏器后，由第二光电检测器接收，转变成为测量电信号进入第二相位计，楔角棱镜绕光轴方向产生滚转角，根据第二相位计得到的测量电信号与参考电信号之间的偏移量测得。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109781034A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-05-21 | 上海理工大学 | 微小滚转角与直线度同步高精度测量干涉仪以及测量方法 |
| CN110514147A (zh) * | 2019-08-08 | 2019-11-29 | 北京市普锐科创科技有限责任公司 | 一种可同时测量滚转角和直线度的双频激光干涉仪 |
| CN113009704A (zh) * | 2021-02-25 | 2021-06-22 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种一体式偏振激光分光装置及其系统 |
| CN113008132A (zh) * | 2021-02-23 | 2021-06-22 | 中山大学 | 一种基于cqp的激光干涉仪与光轴精密定位调装装置及方法 |
| CN116772750A (zh) * | 2023-08-28 | 2023-09-19 | 南京英田光学工程股份有限公司 | 基于干涉测量的滚转角测试装置及测试方法 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1439864A (zh) * | 2003-03-05 | 2003-09-03 | 北方交通大学 | 一种激光多自由度测量系统与方法 |
| CN101650166A (zh) * | 2008-08-15 | 2010-02-17 | 上海理工大学 | 用于测量微滚转角的激光干涉系统 |
| CN202119410U (zh) * | 2011-06-16 | 2012-01-18 | 中国科学技术大学 | 激光多自由度同时测量装置 |
| CN102506764A (zh) * | 2011-10-14 | 2012-06-20 | 上海理工大学 | 用于位移直线度测量的激光干涉系统 |
| CN104613902A (zh) * | 2011-10-14 | 2015-05-13 | 上海理工大学 | 用于位移直线度测量的激光干涉系统 |
| CN104634283A (zh) * | 2015-02-06 | 2015-05-20 | 浙江理工大学 | 具有六自由度检测的激光外差干涉直线度测量装置及方法 |
| CN105180845A (zh) * | 2015-09-07 | 2015-12-23 | 上海理工大学 | 一种基于闪耀光栅的高精度滚转角干涉测量装置 |
| CN105492860A (zh) * | 2015-01-22 | 2016-04-13 | 北京交通大学 | 一种可检测21项几何误差的激光测量系统与方法 |
| CN105571529A (zh) * | 2016-01-21 | 2016-05-11 | 上海理工大学 | 一种用于角度测量无非线性误差的激光外差干涉系统 |
| CN106123769A (zh) * | 2016-06-13 | 2016-11-16 | 上海理工大学 | 无非线性误差的差分平面镜激光干涉装置 |
-
2018
- 2018-04-13 CN CN201810335853.9A patent/CN108489424A/zh active Pending
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1439864A (zh) * | 2003-03-05 | 2003-09-03 | 北方交通大学 | 一种激光多自由度测量系统与方法 |
| CN101650166A (zh) * | 2008-08-15 | 2010-02-17 | 上海理工大学 | 用于测量微滚转角的激光干涉系统 |
| CN202119410U (zh) * | 2011-06-16 | 2012-01-18 | 中国科学技术大学 | 激光多自由度同时测量装置 |
| CN102506764A (zh) * | 2011-10-14 | 2012-06-20 | 上海理工大学 | 用于位移直线度测量的激光干涉系统 |
| CN104613902A (zh) * | 2011-10-14 | 2015-05-13 | 上海理工大学 | 用于位移直线度测量的激光干涉系统 |
| CN105492860A (zh) * | 2015-01-22 | 2016-04-13 | 北京交通大学 | 一种可检测21项几何误差的激光测量系统与方法 |
| CN104634283A (zh) * | 2015-02-06 | 2015-05-20 | 浙江理工大学 | 具有六自由度检测的激光外差干涉直线度测量装置及方法 |
| CN105180845A (zh) * | 2015-09-07 | 2015-12-23 | 上海理工大学 | 一种基于闪耀光栅的高精度滚转角干涉测量装置 |
| CN105571529A (zh) * | 2016-01-21 | 2016-05-11 | 上海理工大学 | 一种用于角度测量无非线性误差的激光外差干涉系统 |
| CN106123769A (zh) * | 2016-06-13 | 2016-11-16 | 上海理工大学 | 无非线性误差的差分平面镜激光干涉装置 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109781034A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-05-21 | 上海理工大学 | 微小滚转角与直线度同步高精度测量干涉仪以及测量方法 |
| CN109781034B (zh) * | 2019-01-22 | 2020-11-10 | 上海理工大学 | 微小滚转角与直线度同步高精度测量干涉仪以及测量方法 |
| CN110514147A (zh) * | 2019-08-08 | 2019-11-29 | 北京市普锐科创科技有限责任公司 | 一种可同时测量滚转角和直线度的双频激光干涉仪 |
| CN113008132A (zh) * | 2021-02-23 | 2021-06-22 | 中山大学 | 一种基于cqp的激光干涉仪与光轴精密定位调装装置及方法 |
| CN113008132B (zh) * | 2021-02-23 | 2022-05-17 | 中山大学 | 一种基于cqp的激光干涉仪与光轴精密定位调装装置及方法 |
| CN113009704A (zh) * | 2021-02-25 | 2021-06-22 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种一体式偏振激光分光装置及其系统 |
| CN116772750A (zh) * | 2023-08-28 | 2023-09-19 | 南京英田光学工程股份有限公司 | 基于干涉测量的滚转角测试装置及测试方法 |
| CN116772750B (zh) * | 2023-08-28 | 2023-12-01 | 南京英田光学工程股份有限公司 | 基于干涉测量的滚转角测试装置及测试方法 |
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