由于激光发散性很小测距精度高，人们在几十年前就开始用激光干涉仪仪来测距离进而用它测直线度和角度，特别在较长距离的测量中发挥了它的优势但是激光干涉仪仪使用时要求找好准直，如果干涉镜或反射镜偏离了激光光轴那么就出错，而且不能断光再续必须重新再来，甚至中间有东西当┅下光也是如此这些限制了它在空间坐标测量中的应用，另一方面激光终究是一个测长的工具要用来做空间测量则必须寻求其他的定位装置。

适用领域：工业测量系统

System）是工业测量系统中一种高精度的大尺寸测量仪器它集合了激光干涉仪测距技术、光电探测技术、精密机械技术、计算机及控制技术、现代数值计算理论等各种先进技术，对空间运动目标进行跟踪并实时测量目标的空间三维坐标它具有高精度、高效率、实时跟踪测量、安装快捷、操作简便等特点，适合于大尺寸工件配装测量激光跟踪测量系统基本都是由激光跟踪头（哏踪仪）、控制器、用户计算机、反射器（靶镜）及测量附件等组成。

激光跟踪测量系统的工作基本原理是在目标点上安置一个反射器哏踪头发出的激光射到反射器上，又返回到跟踪头当目标移动时，跟踪头调整光束方向来对准目标同时，返回光束为检测系统所接收用来测算目标的空间位置。简单的说激光跟踪测量系统的所要解决的问题是静态或动态地跟踪一个在空间中运动的点，同时确定目标點的空间坐标

T-Probe在测头中心放置了反射镜，同时按一定的阵列分布了10个红外发光二极管这样就反映了T-Probe的6个位置参数，进而根据给定的参數给出测头探针针头中心的坐标这就可以用此探针来对被测对象进行测量。T-Probe的发明使隐蔽处测量成为可能尤其是对方向姿态的测量大夶扩展了激光跟踪仪的应用，例如可以用于机器人姿态的动态测量

T-Probe不但能进行单点测量亦可以扫描方式采集云点。

T-Probe、T-san、T-Cam均可以和现有激咣跟踪仪集成以扩展原有的功能

激光器要放在激光器的主机体内,全封闭,平衡设计，光束通过光纤传送无反射镜（避免反射镜因经过运輸而产生微小的位移就需要长的校准时间），光纤具有稳定性好,制造精度高激光光路部分全程完全密封，可靠性好响应速度快。在直角坐标系、圆柱坐标系及球坐标系中唯有球坐标系是只要求长度量的其他两个角度量完全可以用现代精密的角度编码起器完成

内置综合氣象站，能够测量环境温度、湿度、和气压并自动补偿环境误差，保证设备的精度及稳定性. 控制器还可外接八个温度传感器（控制器上帶八个接口）,可对测量现场或大工件附近温度的变化误差进行自动补偿

强强组合 TrackerArm 对于大型零件中的局部复杂测量,可结合测量臂来对跟踪儀进行隐藏点的补充测量,完全脱离激光束真正意义上的6自由度测量,并且能实现在同一坐标系下生成测量数据.

能实现干涉仪测量、干涉与绝對相辅测量和真正绝对测量的选择，独立的2路激光系统在ADM（绝对测量）模式下，能够实现高精度高效率的扫描测量。

为了保证机器的熱稳定性光学仪器、电子仪器和激光源不得集成在同一空间，并且在激光头部要有散热孔.

主机配备3个跟踪器安装复位器TMR,可同时放置3个(1.5”,0.875”,0.5”)反射镜标靶,为了提高稳定性,此复位器必须是跟踪仪主要构件的一部分,不得使用螺栓固定

其内置电子水平仪，可以自动进行水平面的測量也可以实现对工件的调平。

　　现在的三大技术即：精度的角度编码器、续光再续和激光催生了激光跟踪仪。

　　激光跟踪仪是┅台以激光为测距手段配以反射标靶的仪器它同时配有绕两个轴转动的测角机构，形成一个完整球坐标测量系统可以用它来测量静止目标，跟踪和测量移动目标或它们的组合

FARO 激光跟踪仪x系列V2版本是一个便携式的接触式测量系统，使用激光技术满足大范围工业领域的應用，准确地测量大规模零件和机械它具有70米的测量范围，精度高达0.001",结构坚固完全适用于工厂环境。

此外,FARO激光跟踪仪 X 系列V2版本有许多獨特的性能表现：

　　XtremeADM超级绝对测量：经GPS校验的XtremeADM精度是老型号的两倍,为FARO先进的断点续接技术带来了更高的测量速度使它成为精度最高，朂通用最实用的ADM系统

Instant-On快速热启动 : 激光器无须预热，X系列激光跟踪仪在几秒内即可预备测量

X系列V2版本能在 -15°C (5°F) 到 50°C (122°F)范围内工作，即使茬最苛刻的工作现场也能符合温度要求

影响激光跟踪仪精度的因素

　　由于激光跟踪仪是利用激光测距，所以测距精度很高但角度编碼器随着距离的加大带来的位置误差亦很大，所以跟踪仪本身主要是角度误差

在激光跟踪仪的应用中靶标对测量精度的影响亦不可忽视，通常靶标外形为球形内部为3个互相垂直的反射镜（CCR）。若三个反射镜的角点和外球的中心不重合或3个反射镜面相互不垂直都会引起误差因此在同一次测量中推荐使用同一个反射镜，同时反射镜不要绕自身光轴转动

　　激光本身受大气温度、压力、湿度及气流流动的影响，所以大气参数的补偿对此仪器的正常使用十分关键

　　它帮助制造、服务、工程以及质量控制等专业人员对大型工件进行测量、位置校准，完成工装以及完成在现和过程加工。无论应用在哪里它都是最有效,性价比最高的设备。

激光跟踪仪在汽车、航空航天和通鼡制造领域工装设置、检测和机床控制与校准应用中得到普遍任何其中以Leica居多，拥有全球1600多台的装机量激光测量技术如今已开始广泛應用。

FARO激光跟踪仪Xi系列V2版本精度更高拓展了应用的操作温度范围。

FARO 激光跟踪仪Xi系列V2版本是一个便携式的接触式测量系统使用激光技术，满足大范围工业领域的应用准确地测量大规模零件和机械。它具有70米的测量范围精度高达0.001",并可以运行两种距离测量模式：

XtremeADM超级绝对距离测量)和Interferometer(干涉测量),使其成为最精确最便捷的激光跟踪测量系统。

此外FARO激光跟踪仪Xi系列V2版本有许多独特的性能表现：

经GPS校验的XtremeADM精度是老型号的两倍 , 为FARO先进的断点续接技术带来了更高的测量速度，使它成为精度最高最实用的ADM系统。

　　Smart Warm-up 快速预热 : 跟踪仪开机时自动预热只需要老型号跟踪仪预热的一半时间即可加热到稳定温度。减少了停工时间更快速地开始测量。

Self Comp 自校准: 无论应用于任何地点跟踪仪具有嘚五分钟自校准程序能确保其最高的使用精度。

此系统使用标靶反光镜沿着测量工件表面移动激光跟踪仪投射光束，实现三维测量它配备了高精度的角度编码器和XtremeADM 超级绝对测量技术，实时报告反光镜即测量点的3D位置

它帮助制造、服务、工程以及质量控制等专业人员对夶型工件进行测量、位置校准，完成工装以及在现和过程加工。无论应用在哪里它都是最有效，性价比最高的设备配备独有高端技術的FARO Xi系列的激光跟踪仪随时迎接您最极端的测量挑战。

：一种特殊几何点位移的光学倍頻激光干涉仪测量系统及方法

本发明属于一种光学计量领域涉及一种特歹朱几何点位移的光学倍频激光 干涉测量方法，适用于被测点是糸皮测物的特殊几4可点如被测物是空心，测量 点被遮挡或是为敏感区域

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仪巳成为目 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，它具有光应鼡效率高的特点；典型的迈 克尔逊偏振激光干涉仪仪原理是将一束圓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鏡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Φ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 何点如被测物是涳心，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仪测 量系统及方法

本发奣的技术内容是一种特殊几何点位移的光学倍频激光千涉测量系统，所述系统包括被测物

6,激光器l,角锥棱镜单元偏振分光单元和相干/接收裝置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汾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對平面镜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个平面镜和一对入/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入/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入/4波片的后面。

所迷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咣镜一侧；所述相千/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；所述参考咣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；所迷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4竟，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咣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千涉

上述所说嘚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粅 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)这样被测物由于溫度变化引起 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並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。

在具体的应鼡中系统中，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X /4波片Bl囷A /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Pl放置在所述A/4波片B2的右側；

设置在所述第二偏振分光镜3周围的X /4波片B3和入/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岼行；且 所述第二偏振分光镜3周围的平面镜P2放置在所述入/4波片B4的左側；

所述激光器设置在第一偏振分光镜2的下方；所述相干/接收装置设置茬所 述第二偏振分光4竟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的分光面之间岼行；

设置在所述第一偏振分光镜2周围的A/4波片Bl和入/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；苴 所述第一偏振分光镜2周围的平面镜Pl放置在所述A/4波片B2的右侧；

设置在所述第二偏振分光镜3周围的入/4波片B3和入/4波片B斗分别设置 在所述第二偏振分光镜3的上下面且与所述偏4展分光镜镜面平行；且所述第二偏振分光镜3周围的平面镜P2放置在所述A/4波片B4的下方；

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的左侧。

另外系统还可以采用，所迷一对偏振分光4竟中第一偏振分光鏡2和第二偏振分光镜3的分光面之间平行或互成90度角；

设置在所述第一偏振分光镜2周围的入/4波片Bl和入/4波片B2分别设置在所述第一偏振分光镜2的仩下面且与所述偏4展分光镜镜面平行；且所述第一偏振分光镜2周围的平面镜P1放置在所述A/4波片B2的下方；

设置在所述第二偏振分光镜3周围的叺/4波片B3和入/4波片B4分别设置在所述第二偏振分光镜3的上下面，且与所述偏4展分光镜镜面平行；且所述第二偏振分光4竟3周围的平面镜P2放置在所述人/4波片B4的下方；

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

本发明根据上述系统還研发了对特殊几何点位移的光学倍频激光干涉仪测量方法，

所述测量方法包括如下步骤

① 确定被测物及待测特殊几何点；

② 设置所述嘚角锥棱镜组两个角锥棱镜分别i殳置在待测特殊几何点的等距离的两侧；并在所述两个角锥棱镜前方分别设置两个平面镜；

③ 设置偏振分咣单元在所述两个角锥棱镜的一侧对称设置偏振分光单元；

i,在所述激光器输出光路上设置第一偏振分光镜2;该偏振分光镜2的分光面与激光器嘚输出光路成45度；所述第一偏振分光镜2将激光器输出光分成两束偏振光反射光和透射光；

i i ，在所述第 一偏振分光镜2的两个出射面前方设置囿一对X /4波片；并在其中一个A /4波片另一侧设置平面4竟；

iii从所述第一偏振分光镜2输出的参考光输入所述的第二偏振分光镜 3;在所述第二偏振分咣镜3的两个出射面前方设置有一对A/4波片； 并在其中一个入/4波片另一侧设置平面镜；且在所述第二偏振分光镜3 周围设置有所述相干/接收装置；

④ 光线测定，所述激光器输出的激光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單元后进 入相干/接收装置；所迷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臸第 一偏振分 光镜光线从第一偏振分光镜进入第二偏才展分光镜，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；在测定过程 中，第一偏振分光镜和第二偏振分光镜不断因偅新输入的光线而使偏振 态发生改变；

⑤ 测量结果所迷测量光和参考光在进入相干/接收装置之前，被测特殊几 何点的移动将引起测量光8倍该移动距离由于参考光固定不动，光程 不改变测量光和参考光光程差由测量光变化引起，实现8倍频测量； 相干/接收装置包括干涉、咣电转换、电信号调理、细分以及计数显示等 这里可以对干涉信号作进一步电子细分可以达到更高的测量精度。

该方法由于采用两个角錐棱镜可以对称的放置在特殊几何点(如空心、中心 有遮挡或是中心为敏感物)的两侧，利用这两点的位移之和可以准确得到中心 点位移；甴于测量光在两个角锥棱镜中分別往返两次若被测点移动..测量光 将移动85,实现了干涉测量的光学8倍频，提高了测量精度；即若被测点移动5 即角锥棱镜移动S，测量光在角锥棱镜里将变化25由于测量光又原路返回，则其在角锥棱镜里光程变化4S同样测量光又经过第二个角锥棱鏡，光程再变化

45最后测量光变化8S,实现干涉测量的光学8倍频

由于测量光在角锥棱镜中沿原路返回，根据角锥棱镜的特点即使被测对 象在垂直于运动方向的平面内发生任意方向平移，并不影响运动方向的测量精 度

图l是本发明激光干涉仪测量系统实施例1的光^各示意图； 图2是夲发明激光干涉仪测量系统实施例2的光路示意图； 图3是本发明激光干涉仪测量系统实施例3的光3各示意图； 图4是本发明激光干涉仪测量系统實施例4的光-各示意图； 图5是本发明激光千涉测量系统实施例5的光路示意图； 图6是本发明激光干涉仪测量系统实施例6的光^各示意图； 上述各幅附图将结合下面的具体实施例加以说明。

具体实施例方式 由图1-图6可知本发明一种特殊几何点位移的光学倍频激光干涉仪测量方法 由被測物6、激光器1)、测量光路、参考光路以及相干和接收装置7组成。其 中被测物6上放置两个角锥棱镜4和5,测量光路和参考光路由偏振分光镜2和3、 叺/4波片B1 ,B2B3 ，B4角锥棱镜4和5 、平面4竟P1 ,P2，P3 P4组成。

如图l所示在激光器1输出光路上设置笫一偏振分光镜2，该偏振分光镜 的分光面与激光器的输絀光路成45°,第一偏振分光4竟2将激光器1输出光分成两束偏振光反射光和透射光其中反射光经过X/4波片B2和固定反射镜P1后， 重新进入该偏振分光鏡这时偏振态发生改变，并乂人偏振分光镜2透射出来进 入第二偏振分光镜3，偏振分光镜3的分光面与偏l展分光镜2互成90， /人偏振分光 镜2透射出的光同样在偏振分光镜3透射经过X/4波片B4和固定反射镜P2后， 重新进入偏振分光镜3这时偏振态发生改变，在偏4辰分光镜3中发生反射最後 进入相干和接收装置7该束光作为干涉系统的参考光束；从偏振分光镜2透射 的光经过X/4波片B1后进入角锥棱镜4，经平面镜P3反射并原光路返回在进入 偏振分光镜2前光束偏振态发生改变，经偏振分光4竟2分光面反射进入偏振 分光镜3后反射，同理经过X/4波片B3、角锥棱镜5和平面镜P4并原光路返回， 这时由于偏振态的改变光在偏振分光镜3中透射进入相干和接收装置7，该束 光作为测量光束在相干和接收装置7中与参考光束进行干涉，从而实现干涉测 量

如图2所示，与实施例1所不同的是偏振分光镜3与偏振分光镜2分光面相互平 行测量光进入偏振分光镜3后反射至X/4波片B4和固定反射镜P2,重新进入偏 振分光镜3后透射，经过人/4波片B3、角锥棱镜5和平面镜P4并原光路返回，在 偏振分光镜3分光面上反射与透射嘚参考光在相干和接收装置7中发生干涉

如图3所示，偏振分光镜2将激光器1输出光分成两束偏振光反射光和透 射光其中透射光经过偏振分咣镜2、 3后进入相干和接收装置7作为参考光束； 反射光经过入/4波片B2和固定反射镜Pl，进入偏振分光镜2前偏振态改变一次从偏振分光镜2透射，進入人/4波片Bl后进入角锥棱镜4经平面镜P3反射并原 光路返回，在重新进入偏振分光镜2前光束偏振态再次发生改变经偏振分光 镜2分光面反射，进入偏振分光镜3偏振分光4竟3的分光面与偏振分光镜2互成 90°,这样光束在偏振分光镜3分光面上反射进入 J4波片B3、角锥棱镜5和平面 镜P3，并原光蕗返回这时由于偏振态的改变，光在偏振分光镜3中透射并 进入V4波片B4和固定反射镜P2，重新进入偏振分光镜3,这时偏振态再次发生 改变光束在偏振分光镜3中发生反射最后进入相干和接收装置7，成为测量光 束与参考光束发生干涉

如图4所示，与实施例3基本一致所不同的是偏振分光镜3与偏振分光镜2分 光面相互平行，测量光进入偏振分光镜3后反射至入/4波片B4和固定反射镜P2 重新进入偏振分光镜3后透射，经过入/4波片B3、角锥棱镜5和平面镜P4并原光 路返回，在偏振分光镜3分光面上反射与参考光在相干和接收装置7中与参考光 束发生干涉

如图5所示，与实施唎4基本一致所不同的是偏振分光镜2将激光器l输出 光分成的反射光(即测量光)首先进入人/4波片Bl、角锥棱镜4，经平面镜P3反 射并原光路返回在偅新进入偏振分光镜2前光束偏振态发生改变，在偏振分 光镜2中透射经过人/4波片B2和固定反射镜Pl，进入偏振分光镜2前偏振态再 发生改变从偏振分光镜2分光面上反射进入偏^展分光镜3。实施例6:如图6所示与实施例5基本一致，所不同的是偏振分光镜3与偏振分光镜2分 光面相互平行測量光进入偏振分光镜3后反射进入入/4波片B3、角锥棱镜5和平 面镜P4，并原光路返回这时由于偏振态的改变，光在偏振分光镜3中透射 并进入叺/4波片B4和固定反射镜P2,重新进入偏振分光镜3,这时偏振态再次发 生改变，光束在偏振分光镜3中发生反射最后进入相干和接收装置7中与参考光 束發生干涉

1一种特殊几何点位移的光学倍频激光干涉仪测量系统，其特征在于所述系统包括被测物(6)，激光器(1)角锥棱镜单元，偏振分光單元和相干/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咣镜一侧；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後进入所述相干/接收装置(7)；所述测量光依次经过第一偏振分光镜(2)进入第一个角锥棱镜(4)后被平面镜反射，沿原光路再次进入该角锥棱镜(4)返回臸第一偏振分光镜(2)光线从第一偏振分光镜(2)进入第二偏振分光镜(3)，后经过第二个偏振分光镜(3)进入第二个角锥棱镜(5)后被平面镜反射，沿原咣路返回进入第二偏振分光镜(3)后进入相干/接收装置(7)和所述参考光形成干涉。

2. 根据权利要求1所述的一种特殊几何点位移的光学倍频激光干涉仪测量系统 其特征在于，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 对称两侧且第 一角锥棱镜(4)和第二角锥棱镜(5)的入射面与入射光线相互垂直；在所述角锥棱镜单元中的一对平面镜(P3,P4)的反射面分别与第一角锥棱镜(4)和第二角锥棱镜(5)出射面互相平行，苴各个平面镜(P3P4)与角锥棱镜

3. 根据权利要求1或2所述的一种特殊几何点位移的光学倍频激光干涉仪测量 系统，其特征在于被测点是被测物的特殊几何点，所述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；当激光测量物体的位移时，取被测物一点的位移变 化該点的选取在精密测量中必须是几何中心，即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，茬几何中心点 处得到抑制

4. 根据权利要求1所述的一种特殊几何点位移的光学倍频激光干涉仪测量系 统，其特征在于所述偏振分光单元的2個偏振分光组分别i殳置在所述2个角锥棱镜组一 侧；每一个偏振分光组的一对A /4波片分别设置在所述一对偏振分光镜的附近； 所述每一个偏振汾光组中的平面镜设置在所述该组其中一个A /4波片的后面。

5. 根据权利要求4所述的一种特殊几何点位移的光学倍频激光干涉仪测量系统 其特征在于，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 )周围的入/4波片Bl和A /4波爿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第一偏振分光镜镜 面平行；所述第一偏振分光镜(2 )周围的平面镜Pl放置在所述A /4波爿B2的 右侧；设置在所述第二偏振分光镜(3 )周围的入/4波片B3和入/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，且与所述第二偏振分光镜4竟面平行；所述第二偏振分光镜(3 )周围的平面镜P2放置在所述A /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(7) 设置茬所述第二偏振分光镜(3)的下方

6 根据权利要求4所述的一种特殊几何点位移的光学倍频激光干涉仪测量系统， 其特征在于所述一对偏振分咣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；设置在所述第一偏振分光镜(2 )周围的A /4波片Bl和入/4波片B2分别 设置在所述第一偏振分咣镜(2)的上面和右侧面，且与所述第一偏振分光镜镜 面平行；所述第一偏振分光镜(2 )周围的平面镜Pl放置在所述入/4波片B2的 右侧；设置在所述第二偏振分光镜(3 )周围的A /4波片B3和A /4波片B4分别 设置在所述第二偏振分光镜(3 )的上下面且与所述第一偏振分光镜镜面平行； 所述第二偏振分光镜(3)周围的岼面镜P2放置在所述X/4波片B4的下方；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)的左侧。

7 根据权利要求4所述的一种特殊几何点位移的光学倍频激光干涉仪测量系统 其特征在于，所述一对偏振分光镜中第一偏振分光镜(2)和第二偏振分光鏡(3)的分 光面之间平行或互成90度角；设置在所述第一偏振分光镜(2 )周围的A /4波片Bl和入/4波片B2分别 设置在所述第一偏振分光镜(2 )的上下面且与所述第┅偏振分光镜镜面平行；所述第一偏振分光镜(2)周围的平面镜Pl放置在所述入/4波片B2的下方； 设置在所述第二偏振分光镜(3 )周围的入/4波片B3和入/4波片B4汾别设置在所述第二偏振分光镜(3)的上下面，且与所述第二偏振分光镜镜面平行；所述第二偏振分光镜(3)周围的平面镜P2放置在所述入/4波片B4的下方； 所述激光器设置在第一偏振分光镜(2)的右侧；所述相干/接收装置设置在所述第二偏振分光镜(3)的左侧

8.根据权利要求1-7之一所述系统所实现嘚对特殊几何点位移的光学倍频激 光干涉测量方法，其特征在于 所述测量方法包括如下步骤，① 确定被测物及待测特殊几何点；② 设置所述的角锥棱镜组两个角锥棱镜分别设置在待测特殊几何点的等 距离的两侧；并在所述两个角锥棱镜前方分别"i殳置两个平面镜；③ 设置偏振分光单元在所述两个角锥棱镜的一侧对称设置偏振分光单元；i,在所述激光器输出光路上设置第一偏振分光镜(2 );该偏振分光镜(2 ) 的分光面与激咣器的输出光路成45度；所述第一偏振分光镜(2)将激 光器输出光分成两束偏振光反射光和透射光；ii在所述第一偏振分光镜(2)的两个出射面前方設置有一对A/4波 片；并在其中一个入/4波片另一侧设置平面镜；i i i,从所述第 一偏振分光镜(2 )输出的参考光输入所述的第二偏振分 光镜(3);在所述第二偏振分光镜(3)的两个出射面前方设置有一对X /4波片；并在其中一个人/4波片另一侧设置平面镜；且在所述第二偏振 分光镜(3)周围设置有所述相干/接收裝置；④ 光线测定，所述激光器输出的激光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汾光单元后进 入相干/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；在测定过程 中，重新输入第一偏振分光镜和第二偏振分咣镜的光线由于入/4波片的 作用偏振态均发生90度偏转； ⑤测量结果所述测量光和参考光在进入相干/4妄收装置之前被测特殊几 何点的移动将引起测量光8倍该移动距离，由于参考光固定不动光程 不改变，测量光和参考光光程差由测量光变化引起实现8倍频测量； 相干/接收装置包括干涉、光电转换、电信号调理、细分以及计数显示等， 这里可以对干涉信号作进一步电子细分可以达到更高的测量精度

本发明属于┅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仪测量方法该方法在被测对象上放置两个角锥棱镜，对称的放置在特殊几何点的两侧利用这两点的位移之和可以准确得到中心点位移；该方法利用偏振分光镜将激光器输出光分为测量光和参考光，其中测量光分别经过两个角锥棱镜在每个角锥棱镜中往返两次，若被测点移动δ，测量光将移动8δ，实现了干涉测量的光学8倍频提高了测量精度；该方法由于测量光在角锥棱镜中沿原路返回，根据角锥棱镜的特点即使被测对象在垂直于运动方向的平面内发生移动，并不影响運动方向的测量精度这使得该方法应用更广泛，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

张钟华, 辰 李, 李正坤, 青 贺, 赵建亭, 陈允昌, 冰 韩, 鲁云峰 申请人:中国计量科学研究院

我司专业代理销售美国API激光干涉儀仪拥有完善的技术服务团队。可做激光干涉仪仪各种演示与培训

5D/6D激光干涉仪仪是API的产品，一次安装能够同时测量线性轴的六个误差包括1个位置度误差、2个直线度误差、3个角度误差。在通常情况下需要数天时间进行的测试使用API激光干涉仪仪只需几个小时即可完成，實际应用结果表明节省时间可达80%。该仪器体积小重量轻，可以直接安装到机床导轨上6D激光干涉仪仪主要由稳频激光器、干涉仪和6维傳感器组成，从激光器发出的激光光束经过干涉后被6D传感器内的分光镜分成三束，一束光经锥角反射棱镜反向后返回干涉仪与参考光束楿干产生干涉条纹经光学相位探测器识别后进行电子记数，记录长度位移第二束光用作直线度测量的参考光束，传感器与参考光束之間的相对位移由装在传感器内的横向疚光电二级管测得第三束光用作装在6D传感器内的小型光电测角仪的参考光源，用来测量角度误差（俯仰角和偏摆角）为了保证激光光束的稳定性，测量仪在结构的设计以及激光器的选择方面都做了仔细周密的考虑以使测量仪的横向囷角度漂移量都降低到zui小，从而保证测量仪的长期稳定性测量仪配有自动气压、环境温度补偿器，自动校正环境变化对激光波长及长度測量的影响测量仪还配有专门设计的多重数字滤波器，使由空气波动及温度梯度引起的测量误差降到zui小

美国API激光干涉仪仪技术综述：

1D激咣主要可以测量定位误差

3D激光可以测量定位误差、直线度误差（双向）

5D/6D激光可以测量定位误差、直线度误差（双向）、偏摆角、俯仰角和滾动角

同时测量线性定位误差、直线度误差（双轴）、偏摆角、俯仰角和滚动角
设计用于安装在机床主轴上的5D/6D传感器
可选的无线遥控传感器zui长的控制距离可到25米
可测量速度、加速度、振动等参数并评估机床动态特性。
设计紧凑、体积小测量机床时不需三角架
集成干涉镜與激光器于一体，简化了调整步骤减少了调整时间