[发明专利]一种点衍射三维绝对位移无导轨测量装置及方法

权利要求书

1.一种点衍射三维绝对位移无导轨测量装置，其特征在于，它包括线偏振激光器(1)、第一个二分之一波片(2)、偏振分光棱镜(3)、第二个二分之一波片(4)、第一个光纤耦合器(5)、第一根单模光纤(6)、点衍射光纤探头(7)、四分之一波片(8)、反射镜(9)、PZT移相器(10)、第二个光纤耦合器(11)、第二根单模光纤(12)、CCD光电探测器(13)和计算机(14)；线偏振激光器(1)、第一个二分之一波片(2)、偏振分光棱镜(3)、第二个二分之一波片(4)、第一个光纤耦合器(5)、第一根单模光纤(6)、点衍射光纤探头(7)、CCD光电探测器(13)、计算机(14)顺次相连；线偏振激光器(1)、第一个二分之一波片(2)、偏振分光棱镜(3)、四分之一波片(8)、反射镜(9)、PZT移相器(10)、第二个光纤耦合器(11)、第二根单模光纤(12)、点衍射光纤探头(7)、CCD光电探测器(13)、计算机(14)顺次相连。

2.如权利要求1所述的一种点衍射三维绝对位移无导轨测量装置，其特征在于，所述的两根单模光纤的末端紧挨并排固定放置，并集成于所述的点衍射光纤探头(7)上，并且将该探头安装于发生位移的被测目标上。

3.一种使用如权利要求1所述的一种点衍射三维绝对位移无导轨测量方法，其特征在于，来自于线偏振激光器(1)的偏振光束经二分之一波片(2)后，被偏振分光棱镜(3)分成两部分，即p光透射、s光反射：p分量透射光通过第二个二分之一波片(4)后，经第一个光纤耦合器(5)耦合到第一根单模光纤(6)上，其出射端面得到点衍射球面波前W1；s分量反射光经过一个快轴方向与x方向成45°夹角的四分之一波片(8)后，被安装于PZT移相器(10)上的反射镜(9)反射回来，第二次经过四分之一波片(8)后透过偏振分光棱镜(3)，并通过第二个光纤耦合器(11)耦合到第二根单模光纤(12)上，其出射端面得到点衍射球面波前W2；两根单模光纤在横向上偏移，可于CCD光电探测器(13)上得到两点衍射球面波前干涉条纹，利用计算机(14)控制PZT移相器(10)对反射镜(9)进行多步移相测量，并利用CCD光电探测器(13)实时采集对应干涉图。

4.一种使用如权利要求3所述的一种点衍射三维绝对位移无导轨测量方法，其特征在于，点衍射光纤探头(7)的三维绝对位移确定方法是：根据在CCD光电探测器(13)上得到的多步移相点衍射球面波前干涉条纹，利用多步移相算法解调得到点衍射干涉场中相位分布，从中选取6个以上像素点处的相位值，组成非线性超定方程组，运用高斯牛顿迭代算法重构出两光纤球面波出射端的三维坐标，并取两光纤球面波出射端的中心坐标作为点衍射光纤探头(7)的三维坐标，得到被测目标的三维绝对位移量。