多自由度測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種納米級(jí)精度的多自由度測(cè)量系統(tǒng)，將微型邁克爾遜干涉儀、自準(zhǔn)直儀、自動(dòng)恒功率電路及波長(zhǎng)補(bǔ)償系統(tǒng)整合在一起，作為一整體測(cè)量系統(tǒng)來(lái)感測(cè)測(cè)量反射鏡的位移和二維角度，自動(dòng)恒功率電路可以保證多自由度測(cè)量系統(tǒng)在較大溫度范圍內(nèi)使用，且通過(guò)自動(dòng)恒功率電路及波長(zhǎng)補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)激光器波長(zhǎng)值進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，保證了測(cè)量的準(zhǔn)確性。本發(fā)明采用激光二極管作為光源的設(shè)計(jì)，不僅使系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低成本、高精度的特點(diǎn)，而且整體尺寸大大縮小，適于作為短行程納米級(jí)精度定位平臺(tái)的傳感器系統(tǒng)。
【專利說(shuō)明】多自由度測(cè)量系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微納米測(cè)量系統(tǒng)領(lǐng)域，具體是一種多自由度測(cè)量系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS)技術(shù)得到了快速發(fā)展，大量的微機(jī)電系統(tǒng)相繼出現(xiàn)， 如微型渦輪、微型針陣列、齒輪驅(qū)動(dòng)的微型馬達(dá)、壓電馬達(dá)、微透鏡、LIGA產(chǎn)品和燃油噴油嘴 等。很多高科技產(chǎn)品領(lǐng)用微機(jī)電系統(tǒng)體積小、功能強(qiáng)的特點(diǎn)，利用先進(jìn)的納米制造工藝，使 得產(chǎn)品小型化、精密化的趨勢(shì)越發(fā)明顯。這些器件的幾何特征尺寸介于幾個(gè)微米到幾個(gè)毫 米之間，為了保證MEMS器件的加工質(zhì)量，我們就應(yīng)該由比MEMS器件更精密的檢測(cè)技術(shù)和手 段來(lái)確定器件制作的是否合格，所以在此形勢(shì)下，納米級(jí)精度的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)便應(yīng)用而生。
[0003] 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的傳感器系統(tǒng)是其最重要的部分，線性運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中會(huì) 伴隨六個(gè)自由度誤差（三個(gè)線性誤差三個(gè)角度誤差），其中角度誤差又會(huì)因?yàn)榘⒇惐鄣拇?在而被放大，對(duì)機(jī)臺(tái)的定位、零部件加工等的精度影響非常顯著。為了改善機(jī)臺(tái)精度，不僅 需要高精度的位移測(cè)量，而且要做到實(shí)時(shí)測(cè)量機(jī)臺(tái)的角度誤差并對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種多自由度測(cè)量系統(tǒng)，以達(dá)到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、低成本及 高精度的目的。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：
[0006] 多自由度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：包括微型邁克爾遜干涉儀部分、波長(zhǎng)補(bǔ)償部分、 自動(dòng)恒功率部分、自準(zhǔn)直儀部分，其中 ：
[0007] 所述微型邁克爾遜干涉儀包括半導(dǎo)體激光器，半導(dǎo)體激光器前方激光出射光路上 設(shè)置有第一分光鏡，第一分光鏡左側(cè)鏡面處緊貼設(shè)置有第一 1/4波片，第一分光鏡前側(cè)鏡 面處緊設(shè)置有第二1/4波片，第一分光鏡右側(cè)設(shè)置有第二分光鏡，且第一、第二分光鏡之間 設(shè)置有第三1/4波片，第二分光鏡右側(cè)緊貼設(shè)置有第三分光鏡，第二分光鏡后側(cè)緊貼設(shè)置 有第四分光鏡，所述第三分光鏡的前側(cè)鏡面處緊貼設(shè)置有第一光電感測(cè)器，第三分光鏡的 右側(cè)鏡面處緊貼設(shè)置有第二光電感測(cè)器，所述第四分光鏡的右側(cè)鏡面處緊貼設(shè)置有第三光 電感測(cè)器，第四分光鏡的后側(cè)鏡面處緊貼設(shè)置有第四光電感測(cè)器，所述第一分光鏡左側(cè)間 隔一定距離設(shè)置有第五分光鏡，第五分光鏡正后方設(shè)置有參考反射鏡，第一分光鏡前方設(shè) 置有第六分光鏡，第六分光鏡前方設(shè)置有測(cè)量反射鏡；半導(dǎo)體激光器發(fā)射出的準(zhǔn)直光經(jīng)過(guò) 第一分光鏡后分成被第一分光鏡反射和透射的兩路準(zhǔn)直光，其中一路由第一分光鏡反射的 準(zhǔn)直光依次經(jīng)過(guò)第一 1/4波片、部分被第五分光鏡反射后入射至參考反射鏡，經(jīng)過(guò)參考反 射鏡反射后再被第五分光鏡反射并沿原路返回至第一分光鏡，另一路由第一分光鏡透射的 準(zhǔn)直光依次經(jīng)過(guò)第二1/4波片、部分透射過(guò)第六分光鏡后入射至測(cè)量反射鏡，經(jīng)過(guò)測(cè)量反 射鏡反射后再部分透射過(guò)第六分光鏡并沿原路返回至第一分光鏡，參考反射鏡返回的光束 經(jīng)過(guò)第一分光鏡透射后、測(cè)量反射鏡返回的光束經(jīng)過(guò)第一分光鏡反射后再分別經(jīng)過(guò)第三 1/4波片并入射至第二分光鏡，部分返回光束被第二分光鏡透射至第三分光鏡，經(jīng)第三分光 鏡反射、透射后分別入射至第一光電感測(cè)器、第二光電感測(cè)器，其余部分返回光束被第二分 光鏡反射至第四分光鏡，經(jīng)第四分光鏡反射、透射后分別入射至第三光電感測(cè)器、第四光電 感測(cè)器；
[0008] 所述波長(zhǎng)補(bǔ)償部分包括間隔一定距離設(shè)置在第五分光鏡左側(cè)的透射式光柵，透射 式光柵左前方設(shè)置有轉(zhuǎn)折光路反射鏡，轉(zhuǎn)折光路反射鏡前方依次設(shè)置有第一聚焦透鏡、第 一四象限光電探測(cè)器；半導(dǎo)體激光器出射的由第一分光鏡反射的準(zhǔn)直光依次經(jīng)過(guò)第一 1/4 波片、部分透射過(guò)第五分光鏡后入射至透射式光柵，經(jīng)過(guò)透射式光柵形成的一級(jí)衍射光經(jīng) 過(guò)轉(zhuǎn)折光路反射鏡轉(zhuǎn)折反射后，再經(jīng)過(guò)第一聚焦透鏡入射至第一四象限光電探測(cè)器；
[0009] 所述自動(dòng)恒功率部分包括間隔一定距離設(shè)置在透射式光柵左側(cè)的第五光電探測(cè) 器，經(jīng)過(guò)透射式光柵形成的零級(jí)光柵入射至第五光電探測(cè)器；
[0010] 所述自準(zhǔn)直儀部分包括間隔一定距離設(shè)置在第六分光鏡右側(cè)的第二聚焦透鏡，第 二聚焦透鏡右側(cè)間隔一定距離設(shè)置有第二四象限光電探測(cè)器；測(cè)量反射鏡返回的光束被第 六分光鏡部分反射至第二聚焦透鏡，經(jīng)過(guò)第二聚焦透鏡后入射至第二四象限光電探測(cè)器。 [0011] 所述的多自由度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：設(shè)置可以進(jìn)行左右偏擺角和前后俯仰角 調(diào)節(jié)的第一參考反射鏡微調(diào)座、第二轉(zhuǎn)折反射鏡微調(diào)座及第三分光鏡微調(diào)座，所述參考反 射鏡、轉(zhuǎn)折光路反射鏡及第六分光鏡分別固定設(shè)置在第一參考反射鏡微調(diào)座、第二轉(zhuǎn)折反 射鏡微調(diào)座及第三分光鏡微調(diào)座上，調(diào)節(jié)所述第一參考反射鏡微調(diào)座，以使參考反射鏡的 反射光束和測(cè)量反射鏡的反射光束分別在第一光電感測(cè)器，第二光電感測(cè)器、第三光電感 測(cè)器和第四光電感測(cè)器上重合；調(diào)節(jié)所述第二轉(zhuǎn)折反射鏡微調(diào)座使經(jīng)過(guò)第五分光鏡分出的 部分光通過(guò)投射光柵、轉(zhuǎn)折光路反射鏡及第一聚焦透鏡照射在第一四象限光電探測(cè)器上； 調(diào)節(jié)所述第三分光鏡微調(diào)座使測(cè)量反射鏡的部分反射光依次經(jīng)第六分光鏡、第二聚焦透鏡 照射在第二四象限光電探測(cè)器的中心位置處。
[0012] 所述的多自由度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：半導(dǎo)體激光器、透射光柵及第五光電探測(cè) 器由固定底座固定，第一分光鏡、第一 1/4波片、第二1/4波片、第三1/4波片、第二分光鏡、 第三分光鏡和第四分光鏡由夾具所夾持，第五分光鏡由C型固定座固定，第一聚焦透鏡、第 一四象限光電探測(cè)器及第二聚焦透鏡、第二四象限光電探測(cè)器都由U型固定座固定，參考 反射鏡、轉(zhuǎn)折光路反射鏡及第六分光鏡分別由第一參考反射鏡微調(diào)座、第二轉(zhuǎn)折反射鏡微 調(diào)座及第三分光鏡微調(diào)座固定并進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0013] 本發(fā)明將邁克爾遜干涉儀、自動(dòng)視準(zhǔn)儀、自動(dòng)恒功率電路及激光波長(zhǎng)實(shí)時(shí)補(bǔ)償系 統(tǒng)結(jié)合，構(gòu)造為一個(gè)高精度多自由度測(cè)量系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則為：在準(zhǔn)確測(cè)量精密平臺(tái)單軸 移動(dòng)位移的同時(shí)又可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量平臺(tái)移動(dòng)時(shí)角度的俯仰及偏擺量，對(duì)激光器的自動(dòng)恒 功率及波長(zhǎng)補(bǔ)償則使位移測(cè)量系統(tǒng)具備高精度的特征，而且克服了現(xiàn)在激光干涉儀價(jià)格昂 貴、體積大的缺點(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)了高精度測(cè)量系統(tǒng)的低成本、小型化。
[0014] 與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：
[0015] 1、本發(fā)明的多自由度測(cè)量系統(tǒng)可以同時(shí)感測(cè)測(cè)量反射鏡的位移和二維角度，三自 由度的光學(xué)傳感器是采用同一半導(dǎo)體激光器光源，光路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單精巧。
[0016] 2、本發(fā)明多自由度測(cè)量系統(tǒng)中二維角度傳感器可調(diào)節(jié)范圍很小，通過(guò)一二維微調(diào) 座使得聚焦后的光點(diǎn)很好的照射在角度傳感器中心位置。
[0017] 3、本發(fā)明的多自由度測(cè)量系統(tǒng)具有高分辨力、高精度及很好的波長(zhǎng)穩(wěn)定性，目前 可以達(dá)到的技術(shù)效果是：微型邁克爾遜激光干涉儀分辨力：1納米，自準(zhǔn)直儀分辨力：〇. 01 角秒；重復(fù)性：小于20納米；波長(zhǎng)穩(wěn)定性：10-6。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為本發(fā)明光路結(jié)構(gòu)圖。
[0019] 圖2為本發(fā)明系統(tǒng)整體裝配圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 參見(jiàn)圖1所示，多自由度測(cè)量系統(tǒng)，包括微型邁克爾遜干涉儀部分、波長(zhǎng)補(bǔ)償部 分、自動(dòng)恒功率部分、自準(zhǔn)直儀部分，其中 ：
[0021] 微型邁克爾遜干涉儀用于感測(cè)測(cè)量反射鏡23的位移和二維角度，通過(guò)感測(cè)位移 引起0-90-180-270度不同相位的干涉信號(hào)的光強(qiáng)變化，測(cè)得測(cè)量反射鏡23的位移值，包括 半導(dǎo)體激光器1，半導(dǎo)體激光器1前方激光出射光路上設(shè)置有第一分光鏡2,第一分光鏡2 左側(cè)鏡面處緊貼設(shè)置有第一 1/4波片3,第一分光鏡2前側(cè)鏡面處緊設(shè)置有第二1/4波片 4,第一分光鏡2右側(cè)設(shè)置有第二分光鏡6,且第一、第二分光鏡2、6之間設(shè)置有第三1/4波 片5,第二分光鏡6右側(cè)緊貼設(shè)置有第三分光鏡7,第二分光鏡6后側(cè)緊貼設(shè)置有第四分光 鏡8,第三分光鏡7的前側(cè)鏡面處緊貼設(shè)置有第一光電感測(cè)器9,第三分光鏡7的右側(cè)鏡面 處緊貼設(shè)置有第二光電感測(cè)器10,第四分光鏡8的右側(cè)鏡面處緊貼設(shè)置有第三光電感測(cè)器 11，第四分光鏡8的后側(cè)鏡面處緊貼設(shè)置有第四光電感測(cè)器12,第一分光鏡2左側(cè)間隔一定 距離設(shè)置有第五分光鏡13,第五分光鏡13正后方設(shè)置有參考反射鏡14,第一分光鏡2前方 設(shè)置有第六分光鏡20,第六分光鏡20前方設(shè)置有測(cè)量反射鏡23 ;半導(dǎo)體激光器1發(fā)射出的 準(zhǔn)直光經(jīng)過(guò)第一分光鏡2后分成被第一分光鏡2反射和透射的兩路準(zhǔn)直光，其中一路由第 一分光鏡2反射的準(zhǔn)直光依次經(jīng)過(guò)第一 1/4波片3、部分被第五分光鏡13反射后入射至參 考反射鏡14,經(jīng)過(guò)參考反射鏡14反射后再被第五分光鏡13反射并沿原路返回至第一分光 鏡2,另一路由第一分光鏡2透射的準(zhǔn)直光依次經(jīng)過(guò)第二1/4波片4、部分透射過(guò)第六分光 鏡20后入射至測(cè)量反射鏡23,經(jīng)過(guò)測(cè)量反射鏡23反射后再部分透射過(guò)第六分光鏡20并沿 原路返回至第一分光鏡2,參考反射鏡14返回的光束經(jīng)過(guò)第一分光鏡2透射后、測(cè)量反射 鏡23返回的光束經(jīng)過(guò)第一分光鏡2反射后再分別經(jīng)過(guò)第三1/4波片5并入射至第二分光 鏡6,部分返回光束被第二分光鏡6透射至第三分光鏡7,經(jīng)第三分光鏡7反射、透射后分別 入射至第一光電感測(cè)器9、第二光電感測(cè)器10,其余部分返回光束被第二分光鏡6反射至第 四分光鏡8,經(jīng)第四分光鏡8反射、透射后分別入射至第三光電感測(cè)器11、第四光電感測(cè)器 12 ；
[0022] 波長(zhǎng)補(bǔ)償部分用于感測(cè)由于波長(zhǎng)變化導(dǎo)致的激光束通過(guò)透射光柵15后的一級(jí)衍 射光角度變化，波長(zhǎng)引起的微小角度變化會(huì)使聚焦在第一四象限光電探測(cè)器19上的光點(diǎn) 發(fā)生相應(yīng)的變化，從而通過(guò)感測(cè)到的角度變化反推出波長(zhǎng)的變化，包括間隔一定距離設(shè)置 在第五分光鏡13左側(cè)的透射式光柵15,透射式光柵15左前方設(shè)置有轉(zhuǎn)折光路反射鏡17， 轉(zhuǎn)折光路反射鏡17前方依次設(shè)置有第一聚焦透鏡18、第一四象限光電探測(cè)器19 ;半導(dǎo)體激 光器1出射的由第一分光鏡2反射的準(zhǔn)直光依次經(jīng)過(guò)第一 1/4波片3、部分透射過(guò)第五分光 鏡13后入射至透射式光柵15,經(jīng)過(guò)透射式光柵15形成的一級(jí)衍射光經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)折光路反射鏡 17轉(zhuǎn)折反射后，再經(jīng)過(guò)第一聚焦透鏡18入射至第一四象限光電探測(cè)器19 ;
[0023] 自動(dòng)恒功率部分用于感測(cè)半導(dǎo)體激光器1光強(qiáng)的變化，當(dāng)激光器光強(qiáng)變化時(shí)，第 五光電探測(cè)器的輸出電流也會(huì)相應(yīng)變化，從而通過(guò)自動(dòng)恒功率電路對(duì)半導(dǎo)體激光器1進(jìn)行 調(diào)節(jié)，包括間隔一定距離設(shè)置在透射式光柵15左側(cè)的第五光電探測(cè)器16,經(jīng)過(guò)透射式光柵 15形成的零級(jí)光柵入射至第五光電探測(cè)器16 ;
[0024] 自準(zhǔn)直儀部分用于感測(cè)測(cè)量反射鏡23沿XY方向的二維角度值，當(dāng)測(cè)量反射鏡23 有小角度變化時(shí)，聚焦在第二四象限光電探測(cè)器22上的光點(diǎn)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，從而感測(cè) 沿X軸和Y軸旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)小角度，包括間隔一定距離設(shè)置在第六分光鏡20右側(cè)的第二聚焦 透鏡21，第二聚焦透鏡21右側(cè)間隔一定距離設(shè)置有第二四象限光電探測(cè)器22 ;測(cè)量反射鏡 23返回的光束被第六分光鏡20部分反射至第二聚焦透鏡21，經(jīng)過(guò)第二聚焦透鏡21后入射 至第二四象限光電探測(cè)器22。
[0025] 具體實(shí)施中，設(shè)置可以進(jìn)行左右偏擺角和前后俯仰角調(diào)節(jié)的第一參考反射鏡微調(diào) 座24、第二轉(zhuǎn)折反射鏡微調(diào)座25及第三分光鏡微調(diào)座26,所述參考反射鏡14、轉(zhuǎn)折光路反 射鏡17及第六分光鏡20分別固定設(shè)置在第一參考反射鏡微調(diào)座24、第二轉(zhuǎn)折反射鏡微調(diào) 座25及第三分光鏡微調(diào)座26上，調(diào)節(jié)所述第一參考反射鏡微調(diào)座24,以使參考反射鏡14 的反射光束和測(cè)量反射鏡23的反射光束分別在第一光電感測(cè)器9,第二光電感測(cè)器10、第 三光電感測(cè)器11和第四光電感測(cè)器12上重合，形成干涉，并記錄測(cè)量反射鏡23的位移值； 調(diào)節(jié)所述第二轉(zhuǎn)折反射鏡微調(diào)座25使經(jīng)過(guò)第五分光鏡13分出的部分光通過(guò)投射光柵15、 轉(zhuǎn)折光路反射鏡17及第一聚焦透鏡18照射在第一四象限光電探測(cè)器19上，以使光點(diǎn)可以 落在第一四象限光電探測(cè)器19的中心位置；調(diào)節(jié)所述第三分光鏡微調(diào)座26使測(cè)量反射鏡 23的部分反射光依次經(jīng)第六分光鏡20、第二聚焦透鏡21照射在第二四象限光電探測(cè)器22 的中心位置處，以保證初始位置位移的二維角度傳感器XY值可以落在零點(diǎn)。
[0026] 參見(jiàn)圖2,本實(shí)施例中的測(cè)量單元中各光學(xué)器件的裝夾固定設(shè)置為：半導(dǎo)體激光 器1、透射光柵15及第五光電探測(cè)器16由固定底座固定，第一分光鏡2、第一 1/4波片3、 第二1/4波片4、第三1/4波片5、第二分光鏡6、第三分光鏡7和第四分光鏡8由夾具所夾 持，第五分光鏡13由〃C"型固定座固定，第一聚焦透鏡18、第一四象限光電探測(cè)器19及第 二聚焦透鏡21、第二四象限光電探測(cè)器22都由〃U"型固定座固定，參考反射鏡14、轉(zhuǎn)折光 路反射鏡17及第六分光鏡20分別由第一參考反射鏡微調(diào)座24、第二轉(zhuǎn)折反射鏡微調(diào)座25 及第三分光鏡微調(diào)座26固定并進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0027] 本發(fā)明中的多自由度測(cè)量系統(tǒng)，突破了常規(guī)的激光干涉儀體積龐大、價(jià)格昂貴及 無(wú)法實(shí)現(xiàn)位移角度同時(shí)測(cè)量的限制，測(cè)量精度較高，重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)差均小于20nm ;采用廉價(jià) 但體積微小的半導(dǎo)體激光器作為光源，自動(dòng)恒功率電路可以保證多自由度測(cè)量系統(tǒng)在較 大溫度范圍，且經(jīng)過(guò)自動(dòng)恒功率調(diào)節(jié)電路和波長(zhǎng)補(bǔ)償系統(tǒng)后可以使波長(zhǎng)的穩(wěn)定性可達(dá)到 10-6，，使位移測(cè)量值更加精確可信。以下使實(shí)驗(yàn)獲得相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：
[0028] 1、自動(dòng)恒功率電路控制實(shí)驗(yàn)：
[0029] 此實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)自動(dòng)恒功率電路在環(huán)境溫度變化較大時(shí)對(duì)波長(zhǎng)穩(wěn)定性影響的實(shí)驗(yàn)。 方法是：搭建一維微動(dòng)平臺(tái)，將多自由度測(cè)量系統(tǒng)和商用SI0S激光干涉儀分別放置在微 動(dòng)平臺(tái)兩側(cè)，分別對(duì)多自由度測(cè)量系統(tǒng)、商用SI0S激光干涉儀的光軸與微動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)軸進(jìn) 行準(zhǔn)直，驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，兩側(cè)同時(shí)讀取位移值，先假定多自由度測(cè)量系統(tǒng)波長(zhǎng) 值，通過(guò)不斷的位移比對(duì)后即可得到即時(shí)準(zhǔn)確的波長(zhǎng)值，然后變化環(huán)境溫度，在不同溫度值 下分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到不同溫度下的波長(zhǎng)值。通過(guò)處理后得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示：
[0030] 表1自動(dòng)恒功率電路控制實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
[0031]

【權(quán)利要求】
1. 多自由度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：包括微型邁克爾遜干涉儀部分、波長(zhǎng)補(bǔ)償部分、自 動(dòng)恒功率電路部分、自準(zhǔn)直儀部分，其中： 所述微型邁克爾遜干涉儀包括半導(dǎo)體激光器，半導(dǎo)體激光器前方激光出射光路上設(shè)置 有第一分光鏡，第一分光鏡左側(cè)鏡面處緊貼設(shè)置有第一 1/4波片，第一分光鏡前側(cè)鏡面處 緊設(shè)置有第二1/4波片，第一分光鏡右側(cè)設(shè)置有第二分光鏡，且第一、第二分光鏡之間設(shè)置 有第三1/4波片，第二分光鏡右側(cè)緊貼設(shè)置有第三分光鏡，第二分光鏡后側(cè)緊貼設(shè)置有第 四分光鏡，所述第三分光鏡的前側(cè)鏡面處緊貼設(shè)置有第一光電感測(cè)器，第三分光鏡的右側(cè) 鏡面處緊貼設(shè)置有第二光電感測(cè)器，所述第四分光鏡的右側(cè)鏡面處緊貼設(shè)置有第三光電感 測(cè)器，第四分光鏡的后側(cè)鏡面處緊貼設(shè)置有第四光電感測(cè)器，所述第一分光鏡左側(cè)間隔一 定距離設(shè)置有第五分光鏡，第五分光鏡正后方設(shè)置有參考反射鏡，第一分光鏡前方設(shè)置有 第六分光鏡，第六分光鏡前方設(shè)置有測(cè)量反射鏡；半導(dǎo)體激光器發(fā)射出的準(zhǔn)直光經(jīng)過(guò)第一 分光鏡后分成被第一分光鏡反射和透射的兩路準(zhǔn)直光，其中一路由第一分光鏡反射的準(zhǔn)直 光依次經(jīng)過(guò)第一 1/4波片、部分被第五分光鏡反射后入射至參考反射鏡，經(jīng)過(guò)參考反射鏡 反射后再被第五分光鏡反射并沿原路返回至第一分光鏡，另一路由第一分光鏡透射的準(zhǔn)直 光依次經(jīng)過(guò)第二1/4波片、部分透射過(guò)第六分光鏡后入射至測(cè)量反射鏡，經(jīng)過(guò)測(cè)量反射鏡 反射后再部分透射過(guò)第六分光鏡并沿原路返回至第一分光鏡，參考反射鏡返回的光束經(jīng)過(guò) 第一分光鏡透射后、測(cè)量反射鏡返回的光束經(jīng)過(guò)第一分光鏡反射后再分別經(jīng)過(guò)第三1/4波 片并入射至第二分光鏡，部分返回光束被第二分光鏡透射至第三分光鏡，經(jīng)第三分光鏡反 射、透射后分別入射至第一光電感測(cè)器、第二光電感測(cè)器，其余部分返回光束被第二分光鏡 反射至第四分光鏡，經(jīng)第四分光鏡反射、透射后分別入射至第三光電感測(cè)器、第四光電感測(cè) 器； 所述波長(zhǎng)補(bǔ)償部分包括間隔一定距離設(shè)置在第五分光鏡左側(cè)的透射式光柵，透射式光 柵左前方設(shè)置有轉(zhuǎn)折光路反射鏡，轉(zhuǎn)折光路反射鏡前方依次設(shè)置有第一聚焦透鏡、第一四 象限光電探測(cè)器；半導(dǎo)體激光器出射的由第一分光鏡反射的準(zhǔn)直光依次經(jīng)過(guò)第一 1/4波 片、部分透射過(guò)第五分光鏡后入射至透射式光柵，經(jīng)過(guò)透射式光柵形成的一級(jí)衍射光經(jīng)過(guò) 轉(zhuǎn)折光路反射鏡轉(zhuǎn)折反射后，再經(jīng)過(guò)第一聚焦透鏡入射至第一四象限光電探測(cè)器； 所述自動(dòng)恒功率部分包括間隔一定距離設(shè)置在透射式光柵左側(cè)的第五光電探測(cè)器，經(jīng) 過(guò)透射式光柵形成的零級(jí)光柵入射至第五光電探測(cè)器； 所述自準(zhǔn)直儀部分包括間隔一定距離設(shè)置在第六分光鏡右側(cè)的第二聚焦透鏡，第二聚 焦透鏡右側(cè)間隔一定距離設(shè)置有第二四象限光電探測(cè)器；測(cè)量反射鏡返回的光束被第六分 光鏡部分反射至第二聚焦透鏡，經(jīng)過(guò)第二聚焦透鏡后入射至第二四象限光電探測(cè)器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多自由度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：設(shè)置可以進(jìn)行左右偏擺角 和前后俯仰角調(diào)節(jié)的第一參考反射鏡微調(diào)座、第二轉(zhuǎn)折反射鏡微調(diào)座及第三分光鏡微調(diào) 座，所述參考反射鏡、轉(zhuǎn)折光路反射鏡及第六分光鏡分別固定設(shè)置在第一參考反射鏡微調(diào) 座、第二轉(zhuǎn)折反射鏡微調(diào)座及第三分光鏡微調(diào)座上，調(diào)節(jié)所述第一參考反射鏡微調(diào)座，以使 參考反射鏡的反射光束和測(cè)量反射鏡的反射光束分別在第一光電感測(cè)器，第二光電感測(cè) 器、第三光電感測(cè)器和第四光電感測(cè)器上重合；調(diào)節(jié)所述第二轉(zhuǎn)折反射鏡微調(diào)座使經(jīng)過(guò)第 五分光鏡分出的部分光通過(guò)投射光柵、轉(zhuǎn)折光路反射鏡及第一聚焦透鏡照射在第一四象限 光電探測(cè)器上；調(diào)節(jié)所述第三分光鏡微調(diào)座使測(cè)量反射鏡的部分反射光依次經(jīng)第六分光 鏡、第二聚焦透鏡照射在第二四象限光電探測(cè)器的中心位置處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多自由度測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于：半導(dǎo)體激光器、透射光柵及 第五光電探測(cè)器由固定底座固定，第一分光鏡、第一 1/4波片、第二1/4波片、第三1/4波 片、第二分光鏡、第三分光鏡和第四分光鏡由夾具所夾持，第五分光鏡由C型固定座固定， 第一聚焦透鏡、第一四象限光電探測(cè)器及第二聚焦透鏡、第二四象限光電探測(cè)器都由U型 固定座固定，參考反射鏡、轉(zhuǎn)折光路反射鏡及第六分光鏡分別由第一參考反射鏡微調(diào)座、第 二轉(zhuǎn)折反射鏡微調(diào)座及第三分光鏡微調(diào)座固定并進(jìn)行調(diào)節(jié)。
【文檔編號(hào)】G01B9/02GK104266583SQ201410541862
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】范光照, 周浩, 李瑞君 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)