一种激光干涉装置的制作方法

本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种激光干涉装置。

背景技术：

激光具有高强度、高度方向性、空间同调性、窄带宽和高度单色性等优点。目前常用来测量长度的干涉仪，主要是以迈克尔逊干涉仪为主，并以稳频氦氖激光为光源，构成一个具有干涉作用的测量系统。激光干涉仪可配合各种折射镜、反射镜等来作线性位置、速度、角度、真平度、真直度、平行度和垂直度等测量工作，并可作为精密工具机或测量仪器的校正工作。但是现有的干涉仪，仍存在位移放大倍数过低，精度相对较低的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于改善现有技术中所存在的的不足，提供一种激光干涉装置。

为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：

一种激光干涉装置，包括：

激光源，用于发射激光束一，且激光束一入射至分光镜；

所述分光镜，用于将所述激光束一分为激光束二与激光束三；

三角反射镜组一，用于接收所述激光束二，并将激光束二反射至分光镜；

可随被测物体同步移动的移动反射镜，包括至少两个三角反射镜组二，所述至少两个三角反射镜组二沿被测物体的移动方向的垂直方向依次分布；

静止反射镜，包括至少一个三角反射镜组三，所述至少一个三角反射镜组三沿被测物体的移动方向的垂直方向依次分布；

每个三角反射镜组三与两个三角反射镜组二对应，所述三角反射镜组三用于接收三角反射镜组二反射的激光束三，并使得激光束三入射至下一个三角反射镜组二；

所述三角反射镜组二，用于接收所述激光束三，并使得激光束三反射至三角反射镜组三或分光镜；

经三角反射镜组一反射的激光束二与经三角反射镜组二反射的激光束三分别入射至分光镜，形成干涉光束，所述干涉光束入射至光电探测器；

处理系统，用于根据光电探测器上的信号变化，计算出被测物体的位移变化值。

通过激光束在多组三角反射镜组二与三角反射镜组三之间的往复反射，提高了被测物在同位移量下光程的变化量，增大了干涉信号的变化量，提高了位移放大倍数，从而提高了位移检测精度。

在进一步的方案中，所述三角反射镜组一包括固定反射镜一与固定反射镜二，所述固定反射镜一与固定反射镜二呈90°夹角相接，所述固定反射镜一将激光束二反射至固定反射镜二，固定反射镜二使得激光束二反射至分光镜；所述三角反射镜组二包括移动反射镜一与移动反射镜二，所述三角反射镜组三包括固定反射镜三与固定反射镜四；所述移动反射镜一与移动反射镜二呈90°夹角相接，所述固定反射镜三与固定反射镜四呈90°夹角相接；所述移动反射镜一，用于接收经分光镜分光后的激光束三，并将激光束三反射至固定反射镜三，或接收固定反射镜四反射的激光束三；所述移动反射镜二，用于接收移动反射镜一反射的激光束三，并使得激光束三反射至下一个三角反射镜组三的固定反射镜三，或反射至分光镜；所述固定反射镜四，用于接收固定反射镜三反射的激光束三，并使得激光束三入射至下一个三角反射镜组二的移动反射镜一。

在进一步的方案中，所述分光镜将激光束二分为激光束四与激光束五，所述分光镜将激光束三分为激光束六与激光束七，所述干涉光束由分光镜中透射出的激光束四与分光镜反射出的激光束六组成。

在进一步的方案中，所述分光镜将激光束二分为激光束四与激光束五，所述分光镜将激光束三分为激光束六与激光束七，所述干涉光束由分光镜中反射出的激光束五与分光镜透射出的激光束七组成。

在进一步的方案中，还包括用于激光干涉光路调试并协助所述移动反射镜定位的定位件。通过定位件方便移动反射镜与分光镜的相对位置的定位。

在进一步的方案中，所述定位件包括定位镜一与定位镜二，且定位镜一与定位镜二呈90度夹角，所述定位镜一，用于接收经分光镜分光后的激光束三，并使得激光束三入射至定位镜二；所述定位镜二，用于将激光束三反射至分光镜。

在进一步的方案中，所述定位件与移动反射镜设置有相吸引的磁性件。通过磁性件，移动反射镜与定位件相互吸附，便于完成移动反射镜的定位。

在进一步的方案中，还包括壳体，激光源、固定反射镜一、分光镜、静止反射镜和光电探测器均固定设置于壳体内，组成一个激光头。

在进一步的方案中，所述三角反射镜组一接收所述激光束一经分光镜反射后得到的激光束二；所述三角反射镜组二接收所述激光束一经分光镜透射后得到的激光束三。

在进一步的方案中，所述三角反射镜组一接收所述激光束一经分光镜透射后得到的激光束二；所述三角反射镜组二接收所述激光束一经分光镜反射后得到的激光束三。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本激光干涉装置通过多组三角反射镜组二与三角反射镜组三的往复反射，提高了被测物在同位移量下光程的变化量，增大了干涉信号的变化量，提高了位移放大倍数，从而提高了位移检测精度。

2、本激光干涉装置通过定位件方便光路的调试，也方便移动反射镜的定位。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1提供的激光干涉装置的光路示意图。

图2为本发明实施例1提供的激光干涉装置的移动前后的光路示意图。

图3为本发明实施例1提供的带有定位件的激光干涉装置的光路示意图。

图4为本发明实施例2提供的激光干涉装置的光路示意图。

图5为本发明实施例3提供的激光干涉装置的光路示意图。

图6为本发明实施例4提供的激光干涉装置的光路示意图。

图中标记说明

激光源1，激光束一2，激光束二3，激光束三4，分光镜5，三角反射镜组一6，移动反射镜7，静止反射镜8，光电探测器9，壳体10，固定反射镜一11，固定反射镜二12，三角反射镜组二13，移动反射镜一14，移动反射镜二15，三角反射镜组三16，固定反射镜三17，固定反射镜四18，定位件19，定位镜一20，定位镜二21。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1-3，本实施例示意性地公开了一种激光干涉装置，包括：激光源1、分光镜5、三角反射镜组一6、可随被测物体同步移动的移动反射镜7、静止反射镜8、光电探测器9、处理系统。其中，激光源1用于发射激光束一2。三角反射镜组一6包括固定反射镜一11与固定反射镜二12。移动反射镜7包括至少两个三角反射镜组二13，至少两个三角反射镜组二13沿被测物体的移动方向的垂直方向依次分布，且三角反射镜组二13包括移动反射镜一14与移动反射镜二15。静止反射镜8包括至少一个三角反射镜组三16，三角反射镜组三16包括固定反射镜三17与固定反射镜四18，且至少一个三角反射镜组三16沿被测物体的移动方向的垂直方向依次分布。每个三角反射镜组三16与两个三角反射镜组二13对应。

本方案中的光路传输过程如下(虚线为移动前的移动反射镜与光束位置，实线为移动后的移动反射镜与光束位置)：

激光源1发射出激光束一2，激光束一2入射至分光镜5，分光镜5将激光束一1分为激光束二3与激光束三4。三角反射镜组一6中的固定反射镜一11接收由分光镜5分光后的激光束二3，并将激光束二3反射至固定反射镜二12，固定反射镜二12将激光束二3反射至分光镜5。分光镜5接收由固定反射镜二反射的激光束二3，并将激光束二3分为激光束四与激光束五。激光束三4入射至其中一个三角反射镜组二13的移动反射镜一14，移动反射镜一14将激光束三4反射至移动反射镜二15，移动反射镜二15将激光束三4反射至固定反射镜三17，固定反射镜三17将激光束三4反射至固定反射镜四18，固定反射镜四18将激光束三4反射至下一个三角反射镜组二13的移动反射镜一14，依次循环，直至激光束三4由移动反射镜二15反射出后，入射至分光镜5。分光镜5将由移动反射镜二15反射出的激光束三4分为激光束六与激光束七。其中由分光镜5透射出的激光束四与分光镜5反射出的激光束六组成干涉光束，干涉光束入射至光电探测器9，光电探测器9将在相长干涉和相消干涉的两端之间的某个位置观察到一个稳定的信号。如果两光程差发生变化，每次光路变化时探测器都能观察到相长干涉和相消干涉两端之间的信号变化。

处理系统根据光电探测器上的信号变化，计算出被测物体的位移变化值。

通过多组三角反射镜组二13与三角反射镜组三16的往复反射，提高了被测物在同位移量下光程的变化量。在本方案中，如图2所示，被测物的位移距离为x，光程变化量为6x，通过提高了被测物在同位移量下光程的变化量，增大了干涉信号的变化量，提高了位移放大倍数，从而提高了位移检测精度。容易理解的，此处通过三组三角反射镜组二13与两组三角反射镜组三16的结构，实现了被测物在同位移量下光程的变化量的放大，在保证位移检测精度的情况下，不限制三角反射镜组二13与三角反射镜组三16的数目。位移放大倍数为三角反射镜组三的个数乘以2再加上2。为了便于计算，本方案中固定反射镜一11与固定反射镜二12呈90°夹角相接。同时，移动反射镜一14与移动反射镜二15呈90°夹角相接，固定反射镜三17与固定反射镜四18呈90°夹角相接。

在进一步的方案中，本方案中还包括定位件19，如图3所示，通过定位件19方便移动反射镜与分光镜的相对位置的定位。作为一种具体的实施方式，定位件19包括定位镜一20与定位镜二21，定位镜一20与定位镜二21呈90°夹角连接，且定位镜一20与第一个三角反射镜组二的移动反射镜一14贴合，定位镜二21与最后一个三角反射镜组二的移动反射镜二15贴合。通过调整定位件的位置，使得定位镜一20接收分光镜5透射出的激光束三4，并使得激光束三4入射至定位镜二21，定位镜二21将激光束三4反射至分光镜5，当光电探测器检测到干涉光束时，完成光路的调试，且可判定定位件的位置摆放正确，随后将移动反射镜的第一个三角反射镜组二的移动反射镜一与定位镜一贴合，最后一个三角反射镜组二的移动反射镜二与定位镜二贴合，即可完成移动反射镜与分光镜的相对位置的定位，方便快捷。作为一种较优的实施方式，定位镜一20、定位镜二21、移动反射镜一14、移动反射镜二15均设置有磁性件。在通过定位件完成光路调试后，通过磁性件，移动反射镜与定位件相互吸附，便于完成移动反射镜的定位。

再进一步地，本方案中还包括壳体10，激光源1、固定反射镜一11、分光镜5、静止反射镜8和光电探测器9均固定设置于壳体10内，组成一个激光头。通过壳体10的设置，可以保持激光源、固定反射镜一、分光镜、静止反射镜和光电探测器相互之间的位置固定，也可以各组件保持同步位移。

基于上述激光干涉装置，其测量方法的具体步骤如下：

步骤一：将被测物体固定在定位件或读数头上，使得被测物体与定位件或读数头可以同步运动；

步骤二：激光源发射激光束至分光镜，分光镜将入射激光分束为激光束二与激光束三。其中激光束二入射三角反射镜组一，并将激光束二反射至分光镜；激光束三入射至定位件，并使得激光束三反射至分光镜；

步骤三：调整定位件的位置，使得光电探测器探测到干涉激光，固定定位件的位置。

步骤四：将移动反射镜设置在定位件上，此时光路仍将保持干涉状态。

步骤五：移动被测物体，通过计算光电探测器的干涉条纹数量即可实现被测物体的位移测量。

实施例2

如图4所示，本实施例2与上述实施例1的主要区别在于，在本实施例中，分光镜5将激光束二3分为激光束四与激光束五，分光镜5将激光束三4分为激光束六与激光束七，干涉光束由分光镜5中反射出的激光束五与分光镜透射出的激光束七组成。

本方案中的光路传输过程如下(虚线为移动前的移动反射镜与光束位置，实线为移动后的移动反射镜与光束位置)：

激光源1发射出激光束一2，激光束一2入射至分光镜5，分光镜5将激光束一1分为激光束二3与激光束三4。三角反射镜组一6中的固定反射镜一11接收由分光镜5反射出的激光束二3，并将激光束二3反射至固定反射镜二12，固定反射镜二将激光束二3反射至分光镜5。分光镜5接收由固定反射镜二反射的激光束二3，并将激光束二3分为激光束四与激光束五。激光束三4入射至其中一个三角反射镜组二13的移动反射镜一14，移动反射镜一14将激光束三4反射至移动反射镜二15，移动反射镜二将激光束三4反射至固定反射镜三17，固定反射镜三17将激光束三4反射至固定反射镜四18，固定反射镜四18将激光束三4反射至下一个三角反射镜组二13的移动反射镜一14，依次循环，直至激光束三4由移动反射镜二15反射出后，入射至分光镜5。分光镜5将由移动反射镜二15反射出的激光束三4分为激光束六与激光束七。其中由分光镜5反射出的激光束五与分光镜5透射出的激光束七组成干涉光束，干涉光束入射至光电探测器9，光电探测器9将在相长干涉和相消干涉的两端之间的某个位置观察到一个稳定的信号。如果两光程差发生变化，每次光路变化时探测器都能观察到相长干涉和相消干涉两端之间的信号变化。

处理系统根据光电探测器上的信号变化，计算出被测物体的位移变化值。

实施例3

请参阅图5，实施例示意性地公开了一种激光干涉装置，包括：激光源1、分光镜5、三角反射镜组一6、可随被测物体同步移动的移动反射镜7、静止反射镜8、光电探测器9、处理系统。其中，激光源1用于发射激光束一2。三角反射镜组一6包括固定反射镜一11与固定反射镜二12。移动反射镜7包括至少两个三角反射镜组二13，至少两个三角反射镜组二13沿被测物体的移动方向的垂直方向依次分布，且三角反射镜组二13包括移动反射镜一14与移动反射镜二15。静止反射镜8包括至少一个三角反射镜组三16，三角反射镜组三16包括固定反射镜三17与固定反射镜四18，且至少一个三角反射镜组三16沿被测物体的移动方向的垂直方向依次分布。每个三角反射镜组三17与两个三角反射镜组二13对应。

本方案中的光路传输过程如下(虚线为移动前的移动反射镜与光束位置，实线为移动后的移动反射镜与光束位置)：

激光源1发射出激光束一2，激光束一2入射至分光镜5，分光镜5将激光束一1分为激光束二3与激光束三4。三角反射镜组一6中的固定反射镜一11接收由分光镜5透射出的激光束二3，并将激光束二3反射至固定反射镜二12，固定反射镜二将激光束二3反射至分光镜5。分光镜5接收由固定反射镜二反射的激光束二3，并将激光束二3分为激光束四与激光束五。激光束三4入射至其中一个三角反射镜组二13的移动反射镜一14，移动反射镜一14将激光束三4反射至移动反射镜二15，移动反射镜二15将激光束三4反射至固定反射镜三17，固定反射镜三17将激光束三4反射至固定反射镜四18，固定反射镜四18将激光束三4反射至下一个三角反射镜组二13的移动反射镜一14，依次循环，直至激光束三4由移动反射镜二15反射出后，入射至分光镜5。分光镜5将由移动反射镜二15反射出的激光束三4分为激光束六与激光束七。其中由分光镜5透射出的激光束四与分光镜5反射出的激光束六组成干涉光束，干涉光束入射至光电探测器9，光电探测器9将在相长干涉和相消干涉的两端之间的某个位置观察到一个稳定的信号。如果两光程差发生变化，每次光路变化时探测器都能观察到相长干涉和相消干涉两端之间的信号变化。

处理系统根据光电探测器上的信号变化，计算出被测物体的位移变化值。

通过多组三角反射镜组二13与三角反射镜组三16的往复反射，提高了被测物在同位移量下光程的变化量。在本方案中，被测物的位移距离为x，光程变化量为6x，通过提高了被测物在同位移量下光程的变化量，增大了干涉信号的变化量，提高了位移放大倍数，从而提高了位移检测精度。容易理解的，此处通过三组三角反射镜组二13与两组三角反射镜组三16的结构，实现了被测物在同位移量下光程的变化量的放大，在保证位移检测精度的情况下，不限制三角反射镜组二13与三角反射镜组三16的数目。位移放大倍数为三角反射镜组三的个数乘以2再加上2。为了便于计算，本方案中固定反射镜一11与固定反射镜二12呈90°夹角相接。同时，移动反射镜一14与移动反射镜二15呈90°夹角相接，固定反射镜三17与固定反射镜四18呈90°夹角相接。作为一种具体的实施方式，三角反射镜一、三角反射镜二、三角反射镜三均为直角棱镜。

在进一步的方案中，本方案中还包括定位件19，通过定位件19方便移动反射镜与分光镜的相对位置的定位。作为一种具体的实施方式，定位件19包括定位镜一20与定位镜二21，定位镜一20与定位镜二21呈夹角连接，且定位镜一20与第一个三角反射镜组二的移动反射镜一14贴合，定位镜二21与最后一个三角反射镜组二的移动反射镜二15贴合。通过调整定位件的位置，使得定位镜一20接收分光镜5透射出的激光束三4，并使得激光束三4入射至定位镜二21，定位镜二21将激光束三4反射至分光镜5，当光电探测器检测到干涉光束时，完成光路的调试，且可判定定位件的位置摆放正确，随后将移动反射镜的第一个三角反射镜组二的移动反射镜一与定位镜一贴合，最后一个三角反射镜组二的移动反射镜二与定位镜二贴合，即可完成移动反射镜与分光镜的相对位置的定位，方便快捷。作为一种较优的实施方式，定位镜一20、定位镜二21、移动反射镜一14、移动反射镜二15均设置有磁性件。在通过定位件完成光路调试后，通过磁性件，移动反射镜与定位件相互吸附，完成移动反射镜的定位。

再进一步地，本方案中还包括壳体10，激光源1、固定反射镜一11、分光镜5、静止反射镜和光电探测器9均固定设置于壳体10内，组成一个激光头。通过壳体10的设置，可以保持激光源、固定反射镜一、分光镜、静止反射镜和光电探测器相互之间的位置固定，也可以各组件保持同步位移。

基于上述激光干涉装置，其测量方法的具体步骤如下：

步骤一：将被测物体固定在定位件或读数头上，使得被测物体与定位件或读数头可以同步运动；

步骤二：激光源发射激光束至分光镜，分光镜将入射激光分束为激光束二与激光束三。其中激光束三入射三角反射镜组一，并将激光束三反射至分光镜；激光束二入射至定位件，并使得激光束二反射至分光镜；

步骤三：调整定位件的位置，使得光电探测器探测到干涉激光，固定定位件的位置。

步骤四：将移动反射镜设置在定位件上，此时光路仍将保持干涉状态。

步骤五：移动被测物体，通过计算光电探测器的干涉条纹数量即可实现被测物体的位移测量。

实施例4

如图6所示，本实施例4与上述实施例3的主要区别在于，在本实施例中，分光镜5将激光束二3分为激光束四与激光束五，分光镜5将激光束三4分为激光束六与激光束七，干涉光束由分光镜5中反射出的激光束五与分光镜透射出的激光束七组成。

本方案中的光路传输过程如下(虚线为移动前的移动反射镜与光束位置，实线为移动后的移动反射镜与光束位置)：

激光源1发射出激光束一2，激光束一2入射至分光镜5，分光镜5将激光束一1分为激光束二3与激光束三4。三角反射镜组一6中的固定反射镜一11接收由分光镜5透射出的激光束二3，并将激光束二3反射至固定反射镜二12，固定反射镜二将激光束二3反射至分光镜5。分光镜5接收由固定反射镜二反射的激光束二3，并将激光束二3分为激光束四与激光束五。激光束三4入射至其中一个三角反射镜组二13的移动反射镜一14，移动反射镜一14将激光束三4反射至移动反射镜二15，移动反射镜二将激光束三4反射至固定反射镜三17，固定反射镜三17将激光束三4反射至固定反射镜四18，固定反射镜四18将激光束三4反射至下一个三角反射镜组二13的移动反射镜一14，依次循环，直至激光束三4由移动反射镜二15反射出后，入射至分光镜5。分光镜5将由移动反射镜二15反射出的激光束三4分为激光束六与激光束七。其中由分光镜5透射出的激光束四与分光镜5反射出的激光束六组成干涉光束，干涉光束入射至光电探测器9，光电探测器9将在相长干涉和相消干涉的两端之间的某个位置观察到一个稳定的信号。如果两光程差发生变化，每次光路变化时探测器都能观察到相长干涉和相消干涉两端之间的信号变化。

处理系统根据光电探测器上的信号变化，计算出被测物体的位移变化值。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。