基于光干涉的位移测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种位移测量装置，特别是一种基于光干涉的位移测量装置。
【背景技术】
[0002] 在精密机械设计和材料研制等分析过程中，零部件的位移、振动振幅和振动频率、 变形、材料的热膨胀系数等数据的采集成为分析的关键。而现有的位移测量系统，一般都是 精度高则量程短，量程大则精度低，波形匹配好其精度高但运算时间长响应慢，响应快则精 度低，不能满足现代化分析的需要。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题是：提供一种精度高、量程大且响应快的基于光干涉的 位移测量装置。
[0004] 解决上述技术问题的技术方案是：一种基于光干涉的位移测量装置，包括激光发 射装置、第一分光棱镜、第二分光棱镜、第三分光棱镜、第四分光棱镜、第一反射镜、第二反 射镜、第一直角反射棱镜组、第二直角反射棱镜组、第一光电接收装置、第二光电接收装置、 驱动器;其中： 所述的激光发射装置发射出的激光光路上设置第一分光棱镜，第一分光棱镜的分光光 路包括分光光路A、分光光路B;所述的分光光路A上设置第二分光棱镜，第二分光棱镜的分 光光路包括分光光路C、分光光路D;所述的分光光路C上设有光学谐振腔，该光学谐振腔由 第一反射镜、第二反射镜构成;光学谐振腔之后设置有所述的第一光电接收装置;第二分光 棱镜的分光光路D上设置有所述的第一直角反射棱镜组、第二直角反射棱镜组，第一直角反 射棱镜组、第二直角反射棱镜组的一端与第一反射镜、第二反射镜固定连接，第一直角反射 棱镜组、第二直角反射棱镜组的另一端与驱动器连接，第一直角反射棱镜组、第二直角反射 棱镜组的反射光回射到第二分光棱镜形成分光光路F，第二分光棱镜的分光光路F上设有所 述的第三分光棱镜;所述的第一分光棱镜的分光光路B上设置第四分光棱镜，第四分光棱镜 的分光光路E上设置有直角反射镜，直角反射镜的反射光进入第三分光棱镜，第三分光棱镜 的分光光路G上设有所述的第二光电接收装置。
[0005] 本发明的进一步技术方案是:所述的第一分光棱镜包括直角棱镜I和直角棱镜Π ， 直角棱镜和直角棱镜的斜面粘合在一起;所述的第二分光棱镜包括直角棱镜m和直角棱镜 IV，直角棱镜m和直角棱镜IV的斜面粘合在一起，且直角棱镜m和直角棱镜IV相对的直角 面平行。
[0006] 本发明的进一步技术方案是:所述的直角棱镜m在其直角面处设有光吸收及漫反 射层I，直角棱镜IV在直角面处设有光吸收及漫反射层π。
[0007] 本发明的进一步技术方案是:所述的第一反射镜在靠近第二反射镜一侧镀履有反 射膜;所述的第二反射镜在靠近第一反射镜一侧镀履有反射膜。
[0008] 本发明的再进一步技术方案是:所述的激光发射装置的光谱宽度为所述的 第一反射镜在光谱宽度λ〇~λη的光束中对光谱宽度λι~λ」的波长反射率为90~99%;所述的 第二反射镜在光谱宽度λ〇~λη的光束中对光谱宽度λ!~λ」的波长反射率为90~99%。
[0009] 本发明的再进一步技术方案是:所述的第一光电接收装置用于对波长光束 的能量进行分析，并计算出第一反射镜和第二反射镜的距离;所述的第二光电接收装置，用 于对不同波长λ〇~λη的光束能量进行分析，并分析出光能量最强的波长。
[0010] 本发明的进一步技术方案是:所述的第一直角反射棱镜组包括一个利用斜面对光 产生反射的直角棱镜V，多个利用两直角面对光产生反射的标准直角棱镜VI;所述的第二 直角反射棱镜组包括一个利用直角面对光产生反射的小直角棱镜、多个利用两直角面对光 产生反射的标准直角棱镜νπ。
[0011] 本发明的再进一步技术方案是:所述的小直角棱镜的直角面面积是标准直角棱镜 W直角面面积的0.3~0.8倍。
[0012]本发明的进一步技术方案是：所述的第三分光棱镜包括直角棱镜珊和直角棱镜 IX，直角棱镜珊和直角棱镜IX的斜面粘合在一起，且彼此相对的直角面平行;所述的直角棱 镜IX直角面处设有光吸收及漫反射层m;所述的第四分光棱镜由四块同样的直角棱镜X彼 此直角面胶合组成的正方形，其中直角棱镜X斜面上设有光吸收及漫反射层IV，该第四分 光棱镜随被测直线移动物体一起移动。
[0013] 本发明的再进一步技术方案是:所述的驱动器包括驱动件、粘接游动块、补偿块、 固定块，所述的游动块和固定块分别粘接在驱动件的两端，固定块与补偿块粘接，补偿块与 驱动件之间留有间隙，补偿块与游动块分别与第一直角反射棱镜组、第二直角反射棱镜组 固定连接。
[0014] 由于采用上述结构，本发明之基于光干涉的位移测量装置与现有技术相比，具有 以下有益效果： 1.可实现对位移的精密测量： 由于本发明包括激光发射装置、第一分光棱镜、第二分光棱镜、第三分光棱镜、第四分 光棱镜、第一反射镜、第二反射镜、第一直角反射棱镜组、第二直角反射棱镜组、第一光电接 收装置、第二光电接收装置、驱动器。当被测件未移动时，分光棱镜组与被测件相接触，系统 开启后，驱动器开始沿光路方向高频伸缩变化，使第一反射镜和第一直角反射棱镜组相对 于第二反射镜和第一直角反射棱镜组之间的距离产生变化。激光发射装置发射出的光束由 第一分光棱镜分开后，分为测量光束a和扫描光束b，测量光束a和扫描光束b经过一系列传 播最后分别变为光束g和光束j，当光束g和光束j最后到达第二光电接收装置的光程相当 时，使第二光电接收装置显示为光束g和光束j产生干涉光能量最强值，即激光发射装置发 出的所有光谱λ〇~λ η的光能量都为最强，此时记录第一光电接收装置给出的第一反射镜、第 二反射镜的距离；当第四分光棱镜随被测物体沿扫描光束b传播方向移动距离X时，驱动器 持续高频伸缩，总有一刻能使得激光发射装置发出的激光经第一分光棱镜分开后的两束光 线最后到达第二光电接收装置的光程相等，使第二光电接收装置显示为光束g和光束j产生 干涉光能量最强值，记录此时第一光电接收装置给出的第一反射镜、第二反射镜的距离，通 过腔长变化即可计算出被测物位移。因此，本发明从初始未产生位移开始工作，直至被测件 直线位移停止，测量出被测件位移，从而可实现对位移的精密测量，还可以测量振动的振幅 和频率、位移过程中的速率变化。
[0015] 2 ·精度高： 本发明利用分离光波振幅方法对一束光均匀分成两束，当两支光束在达到干涉条件 时，且经过的光程相等时，干涉能量会达到极值，利用此原理，当一束光(测量光束a)的光程 (从光源发出至接收器接收）随着被测件相对较慢的速度变化时，另一束光（扫描光束b)的 光程较快的交替变化(频率不变），总有一刻使测量光束a和扫描光束b的光程相等。
[0016] 本发明中，测量光束a的光程是:光束从激光发射装置发出经过第一分光棱镜后， 分为测量光束a开始经第二分光棱镜、第一直角反射棱镜组、第二直角反射棱镜组、第三分 光棱镜等，最后至第二光电接收装置所经过的光程。
[0017]扫描光束b的光程是:光束从激光发射装置发出经过第一分光棱镜后，分为扫描光 束b开始经第四分光棱镜组、直角反射镜、第三分光棱镜，最后至第二光电接收装置所经过 的光程。
[0018] 当被测件在位置01时，测量光束a的光程为hi，扫描光束b的光程在hi ± Ahi变化， 当测量光束和扫描光束光程都为h时，两束光产生干涉能量最强，被第二光电接收装置检测 并分析，记录扫描光束的光程，记录驱动扫描光束部件的位置。
[0019] 当被测件在位置02时，测量光束光程变为lu+Alu，扫描光束光程继续反复变化，当 扫描光束的光程与测量光束的光程再次相等时，两束光产生干涉能量再次达到最强，被接 收器接收并再次记录扫描光束的光程，通过前后两次记录扫描光束光程差值即可得出被测 件的位移变化。若是利用宽光谱(λ〇~λ η)，则各个波长能量皆为干涉最大值时为两束光的光 程为相等。因此，本发明的波长越短(λ〇越小），光谱越宽(λ〇~λ η范围越大），则测量精度越 尚。
[0020] 此外，本发明对光偏振不敏感，接收光波段波长最短，精度比较稳定，从而进一步 提高了测