CN213481248U - 一种用于长行程直线位移控制台的光学尺结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于长行程直线位移控制台的光学尺结构，包括凸台和固定板，所述凸台内设有导轨槽，所述导轨槽前端与凸台前端侧壁之间设有第一反射镜和第二反射镜；所述固定板上设有导轨，所述导轨的后侧设有第三反射镜，所述第三反射镜的两侧分别设有光源入射端口和光源接收端口；所述导轨槽滑动连接于所述导轨上；所述第一反射镜与所述第三反射镜的镜面相对，第二反射镜与第一反射镜的镜面相对，所述第二反射镜遮挡在第一反射镜中部与第三反射镜中部之间的反射光路上，入射的光束经过第一反射镜与第三反射镜之间以及第一反射镜与第二反射镜之间的反射之后，射进所述光源接收端口输出。本实用新型能够增加量程长，提高测量精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学结构，尤其是涉及一种用于长行程直线位移控制台的光学尺结构。
背景技术
直线位移控制台，广泛应用于激光微加工、激光加工、生命科学仪器、测试系统、化工以及航空航天等领域，直线位移控制台中最关键的技术之一是对控制台位置的精确测量。目前，大部分的直线位移控制台内安装有光栅尺，光栅尺由标尺栅和光栅读数头两部组成，通过光栅尺能够测量直线位移控制台的位移量，检测精度高，响应速度快。
但对于具有大行程的直线位移控制台，需要安装相应长度的光栅尺，由于长度大的光栅尺加工难度高，精度难以保证，使得现有的大行程直线位移控制台的光学结构的测量量程短，且读数精度受到光栅刻线宽度以及两套光栅(标尺光栅和指示光栅)安装精度的影响，测量精度低。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种用于长行程直线位移控制台的光学尺结构，该光学结构能够提高直线位移控制台的测量精度和增加测量量程。
解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：
一种用于长行程直线位移控制台的光学尺结构，包括纵向设于位移控制台底面的凸台和固定板，所述凸台为腔口朝下的矩形空腔，所述矩形空腔内设有导轨槽，所述导轨槽的前端与矩形空腔前端侧壁之间设有第一反射镜和第二反射镜，矩形空腔后端侧壁开有缺口；
所述固定板上设有导轨，所述固定板的后部设有挡板；在导轨的后端与挡板之间设有第三反射镜，所述第三反射镜的一侧设有光源入射端口，另一侧设有光源接收端口，所述挡板与所述缺口适配；
所述矩形空腔内的导轨槽滑动连接于所述导轨上，当整个导轨置于导轨槽内，此时所述挡板嵌合于所述缺口上，作为导轨槽沿导轨相对滑动的起始位置；所述第一反射镜的反射面与所述第三反射镜的反射面相对，第二反射镜的反射面与第一反射镜的反射面相对，所述第二反射镜遮挡在第一反射镜中部与第三反射镜中部之间的反射光路上，所述光源发射端口发出的光束经过第一反射镜与第三反射镜之间以及第一反射镜与第二反射镜之间的反射之后，射进所述光源接收端口输出。
优先的，所述第一反射镜、所述第二反射镜以及所述第三反射镜均为直角全反射镜阵列，所述直角全反射镜阵列的反射面为直角面。
优先的，所述直角全反射镜阵列所在平面与所述直线位移控制台的台面垂直，所述直角全反射镜阵列的每一对直角反射面单元的两直角反射面且均与所述导轨运动迹线分别成±45°夹角。
进一步的，所述光源接收端口和所述光源接收端口均安装有光纤准直器。
优先的，所述导轨槽为T形槽，所述导轨为与T形槽适配的T形导轨。
与现有技术相比，本实用新型技术具有以下优点：
(1)本实用新型所述的大行程直线位移控制台的光学尺结构中，位移控制台底面的凸台相对于固定板前后移动，使第一反射镜与第三反射镜之间的反射光程发生改变，从而可以将控制台的位移量转换为光的相位差，提高了测量精度；无需光栅，使测量行程不受限制，增加了测量量程；
(2)本实用新型所述的大行程直线位移控制台的光学尺结构中，第一反射镜、第二反射镜以及第三反射镜的为直角反射镜阵列，从而进一步提高位移控制台的测量精度。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明
图1为本实施例的大行程直线位移控制台的光学结构的移动座结构示意图；
图2为本实施例的大行程直线位移控制台的光学结构的固定板结构示意图；
图3为本实施例的大行程直线位移控制台的光学结构的结构示意图；
图4为本实施例的大行程直线位移控制台的光学结构的剖面示意图；
图5为本实施例的大行程直线位移控制台的光学结构的光路示意图；
附图上的标记：1-移动台底面、2-凸台、3-缺口、4-导轨槽、5-第一反射镜、6-第二反射镜、7-固定板、8-导轨、9-挡板、10-第三反射镜、11-光源入射端口、12-光源接收端口。
具体实施方式
参见图1至图4，本实施例的一种用于长行程直线位移控制台的光学尺结构，包括纵向设于位移控制台移动台底面1的凸台2和固定板7；凸台2为腔口朝下的长矩形空腔，在矩形空腔内中部设置一个纵向导轨槽4，导轨槽的前端与矩形空腔前端侧壁之间安装第一反射镜5和第二反射镜6，反射镜通过安装板固定。在矩形空腔后端侧壁开有缺口3。
固定板7上设有纵向导轨8，固定板7的后部设有挡板9；在导轨8的后端与挡板9安装第三反射镜10，反射镜通过安装板固定。在第三反射镜的一侧设有光源入射端口11，另一侧设有光源接收端口12，在光源入射端口11和光源接收端口12均安装有光纤准直器。
矩形空腔内的导轨槽4滑动连接于导轨8上，导轨槽为T形槽，导轨也为与T形槽适配的T形导轨。当整个导轨8置于导轨槽4内，此时所述挡板9嵌合于缺口3上，固定板7也贴合于凸台2为腔口面上，作为导轨槽4沿导轨5滑动的起始位置。位移控制台移动时，移动台底面凸台2内的导轨槽4沿导轨5相对滑动，离开起始位置。
第一反射镜5的反射面与第三反射镜10的反射面相对，第二反射镜6的反射面与第一反射镜5的反射面相对，并且第二反射镜6遮挡在第一反射镜5中部与第三反射镜10中部之间的反射光路上。
第一反射镜5、第二反射镜6以及第三反射镜10均选用直角全反射镜阵列，直角全反射镜阵列的反射面为直角面。直角全反射镜阵列所在平面与直线位移控制台的台面垂直，直角全反射镜阵列的每一对直角反射面单元的两直角反射面且均与导轨运动迹线分别成±45°夹角。
参见图5，长行程直线位移控制台的光学尺结构处于初始位置时，挡板9封闭缺口3，光源入射端口11发出的光束射出至第一反射镜5一侧上，光束经过第一反射镜5一侧与第三反射镜10一侧之间来回反射后至第一反射镜5中部，接着，光束经过第一反射镜5中部与第二反射镜6之间来回反射后至第一反射镜5另一侧，最后，光束经过第一反射镜5另一侧与第三反射镜10另一侧之间来回后射进光源接收端口12。本实用新型光学尺结构与光纤型马赫-曾德尔干涉仪结合，将光源入射端口11和光源接收端口12与光纤型马赫-曾德尔干涉仪光耦合连接，这样可以将位移控制台的位移量的测量转化为干涉光路中干涉臂光程的测量。
当位移控制台反生移动且位移量为Δl时，第三反射镜10与第一反射镜5之间的距离反生改变，两反射镜之间的反射光程相应改变，相干光束所发生的光程变化为Δs＝2NΔl，其中N为光束在反射端被反射的次数；当此路光束与另一路作为参考光的相干光束发生马赫-曾德尔干涉时，则光纤型马赫-曾德尔干涉仪的两输出端输出的光强度为：
其中A和B为与输入光强度有关的量，
为初相位，
为马赫-曾德尔干涉两相干臂的相位差；由此可知，
每变化π/2时(即
或
)，光强I1或I2经历一次从最大到最小或最小到最大的过程，一次光强从最大到最小的变化对应着位移控制台的位移量为
通过记录位移控制台在移动过程中光强变化的次数即可知道位移控制台沿某一方向移动的距离。
另外，位移控制台位移发生的方向能够用光强I1和I2以及其对位移量Δl的一阶倒数的符号来判断，即：
本实施例与光纤型马赫-曾德尔干涉仪结合，使用光源波长为630nm的氦氖激光，如果反射镜阵列之间的反射次数为10次时，可实现的最小测量精度为
如果反射镜阵列之间的反射次数为100次时，可实现的最小测量精度为
本实用新型的上述实施例并不是对本实用新型保护范围的限定，本实用新型的实施方式不限于此，凡此种种根据本实用新型的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，对本实用新型上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于长行程直线位移控制台的光学尺结构，其特征在于，包括设于位移控制台底面的凸台和固定板，所述凸台为腔口朝下的矩形空腔，所述矩形空腔内设有导轨槽，所述导轨槽的前端与矩形空腔前端侧壁之间设有第一反射镜和第二反射镜，矩形空腔后端侧壁开有缺口；
所述固定板上设有导轨，所述固定板的后部设有挡板；在导轨的后端与挡板之间设有第三反射镜，所述第三反射镜的一侧设有光源入射端口，另一侧设有光源接收端口，所述挡板与所述缺口适配；
所述矩形空腔内的导轨槽滑动连接于所述导轨上，当整个导轨置于导轨槽内，此时所述挡板嵌合于所述缺口上，作为导轨槽沿导轨相对滑动的起始位置；
所述第一反射镜的反射面与所述第三反射镜的反射面相对，第二反射镜的反射面与第一反射镜的反射面相对，所述第二反射镜遮挡在第一反射镜中部与第三反射镜中部之间的反射光路上，所述光源入射端口的光束经过第一反射镜与第三反射镜之间以及第一反射镜与第二反射镜之间的反射之后，经所述光源接收端口输出。
2.根据权利要求1所述的用于长行程直线位移控制台的光学尺结构，其特征在于，所述第一反射镜、所述第二反射镜以及所述第三反射镜均为直角全反射镜阵列，所述直角全反射镜阵列的反射面为直角面。
3.根据权利要求2所述的用于长行程直线位移控制台的光学尺结构，其特征在于，所述直角全反射镜阵列所在平面与所述直线位移控制台的台面垂直，所述直角全反射镜阵列的每一对直角反射面单元的两直角反射面且均与所述导轨运动迹线分别成±45°夹角。
4.根据权利要求1所述的用于长行程直线位移控制台的光学尺结构，其特征在于，所述光源接收端口和所述光源接收端口均安装有光纤准直器。
5.根据权利要求1所述的用于长行程直线位移控制台的光学尺结构，其特征在于，所述导轨槽为T形槽，所述导轨为与T形槽适配的T形导轨。
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| CN202021967331.XU CN213481248U (zh) | 2020-09-10 | 2020-09-10 | 一种用于长行程直线位移控制台的光学尺结构 |
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Denomination of utility model: Optical ruler structure for long stroke linear displacement console Effective date of registration: 20211220 Granted publication date: 20210618 Pledgee: Bank of Jiangsu Co., Ltd. Nanjing Jiangbei new area sub branch Pledgor: Nanjing Pinao Photoelectric Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2021980015479 |
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