[发明专利]基于半导体激光器组件的四自由度光学测头

权利要求书

1.基于半导体激光器组件的四自由度光学测头，其特征在于：包括测头机构和靶镜机构；

所述测头机构包括设于底板一侧面上的半导体激光器（1）、四象限光电探测器（4）、二维PSD位置敏感探测器（5）、光隔离器和平凸透镜（6）；

所述靶镜机构包括设于基座上的半透半反镜（7）和角锥棱镜（8）；

用于数控机床主轴热误差测量时，所述测头机构固定设于工作台上，所述靶镜机构固定设于动力头的主轴上；

测量时，半导体激光器（1）发出的光束经过偏振分光棱镜（2）后分为两束，其中一束光经过光隔离器照射在靶镜机构的半透半反镜（7）上，有50%的光会透过半透半反镜（7）到达角锥棱镜（8），经角锥棱镜（8）折射后平行出射入射到四象限光电探测器（4）上，用作测量二维直线直线位移X、Y的参考光束；50%的光会由半透半反镜（7）原路返回，入射到偏振分光棱镜（2）上，再垂直出射到平凸透镜（6）经准直聚焦后被二维PSD位置敏感探测器（5）所接受，用作俯仰角误差、偏摆角误差的参考光束。

2.根据权利要求1所述的基于半导体激光器组件的四自由度光学测头，其特征在于：所述底板为矩形；所述四象限光电探测器（4）、半导体激光器（1）、光隔离器依次设于底板一端的同一宽度方向上，所述二维PSD位置敏感探测器（5）与光隔离器对应设于底板的另一端，所述平凸透镜（6）设于光隔离器和二维PSD位置敏感探测器（5）之间的底板上；

所述四象限光电探测器（4）模块和半导体激光器（1）之间的直线距离为10mm；

所述半导体激光器（1）和光隔离器之间距离为30mm；

所述光隔离器和平凸透镜（6）之间的距离为50mm；

所述光隔离器和二维PSD位置敏感探测器（5）之间的距离为平凸透镜的焦距长度。

3.根据权利要求2所述的基于半导体激光器组件的四自由度光学测头，其特征在于：所述平凸透镜的焦距为100mm。

4.根据权利要求1或2所述的基于半导体激光器组件的四自由度光学测头，其特征在于：所述光隔离器由偏振分光棱镜（2）和四分之一波片（3）胶合在一起组成，其中偏振分光棱镜（2）与半导体激光器（1）相邻，防止反射光返回到半导体激光器（1），从而得到稳定的输出。

5.根据权利要求1所述的基于半导体激光器组件的四自由度光学测头，其特征在于：

所述二维PSD位置敏感探测器（5）的两侧分别设有导轨和定位机构，二维PSD位置敏感探测器（5）沿导轨移动实现调整相对偏振分光棱镜（2）之间的距离。

6.根据权利要求1所述的基于半导体激光器组件的四自由度光学测头，其特征在于：

所述半透半反镜（7）和角锥棱镜（8）中，半透半反镜（7）置于角锥棱镜（8）正前方，二者之间的距离为5mm，并且保证半透半反镜（7）只遮挡角锥棱镜（8）的边缘一部分，确保半透半反镜（7）的出射光入射到角锥棱镜（8）里，而角锥棱镜（8）的出射光不会被半透半反镜（7）遮挡。