[发明专利]一种基于双通道点衍射干涉的三坐标测量装置及方法

权利要求书

1.一种基于双通道点衍射干涉的三坐标测量装置，其特征在于，包括偏振激光器、第一个二分之一波片、偏振分光棱镜、四分之一波片、反射镜、移相器、第二分光棱镜、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、第一亚微米孔径光纤、第二亚微米孔径光纤、第二二分之一波片、第三分光棱镜、第三光纤耦合器、第四光纤耦合器、第三亚微米孔径光纤、第四亚微米孔径光纤、测量探头、CCD探测器、计算机，所述移相器为压电陶瓷移相器；

测量探头连接有第一亚微米孔径光纤SF1、第四亚微米孔径光纤SF2、第二亚微米孔径光纤SF3和第三亚微米孔径光纤SF4，第一亚微米孔径光纤SF1与测量探头连接部为出射端，另一端连接有第一光纤耦合器；第四亚微米孔径光纤SF2与测量探头连接部为出射端，另一端连接有第四光纤耦合器；第二亚微米孔径光纤SF3与测量探头 连接部为出射端，另一端连接有第二光纤耦合器；第三亚微米孔径光纤SF4与测量探头连接部为出射端，另一端连接有第三光纤耦合器；

偏振激光器发出的激光经过调整光强的第一个二分之一波片，射入偏振分光棱镜分成透射光p和反射光s，其中一束反射光s经过四分之一波片后到达反射镜上，经反射镜反射回来的光s’ 先后通过四分之一波片、偏振分光棱镜、第二分光棱镜分成透射光pSF1和反射光sSF3，透射光pSF1到达第一个光纤耦合器耦合到第一亚微米孔径光纤上，反射光sSF3到达第二光纤耦合器耦合到第二亚微米孔径光纤上，两根光纤末端产生点衍射球面波前作为检测波前W1；另一束透射光p经过用来微调光强的第二个二分之一波片到达第三分光棱镜分成透射光pSF4和反射光sSF2，反射光sSF2到达第四光纤耦合器耦合到第四亚微米孔径光纤上，透射光pSF4到达第三个光纤耦合器耦合到第三亚微米孔径光纤上,两束光纤末端产生点衍射球面波前作为参考波前W2，CCD 探测器的数据输出口与计算机的数据输入口连接，将 CCD探测器实时采集球面波前W1和球面波前W2的干涉图传输给计算机，计算机的数据输出口与移相器的数据输入口连接，计算机控制移相器，移相器端面移动反射镜，得到需要的反射光 s’。

2.根据权利要求1中任一项所述的基于双通道点衍射干涉的三坐标测量装置，其特征在于，所述四分之一波片的快轴方向与X轴成45度夹角。

3.根据权利要求2中任一项所述的基于双通道点衍射干涉的三坐标测量装置，其特征在于，所述探测器的像素为1920×1080，对应横向和纵向像素尺寸都为5.5μm。

4.一种基于双通道点衍射干涉的三坐标测量方法，用于权利要求1所述的一种基于双通道点衍射干涉的三坐标测量装置，其特征在于，包括如下步骤：

偏振激光器发出的激光进入偏振分光棱境被分成透射光和反射光，所述透射光经过第三偏振光棱镜通过激光耦合器的耦合进入第一组亚微米孔径光纤；所述反射光经过反射镜的反射、第二分光棱镜后，通过激光耦合器的耦合进入第二组亚微米孔径光纤；

交替开启第一组亚微米孔径光纤中的一根光纤和第二组亚微米孔径光纤中的一根光纤，使开启的两根光纤的出射光在测量探头产生代表横向偏移或纵向偏移的点衍射球面波前，进而在探测器平面产生干涉条纹。

5.根据权利要求4所述的基于双通道点衍射干涉的三坐标测量方法，其特征在于，还包括：

计算机控制压电移相器对反射镜进行多次移动，来改变两点衍射球波前之间的光程差；

探测器实时采集多个对应的干涉条纹，并将所述采集的干涉条纹图像发送至计算机。

6.根据权利要求5所述的基于双通道点衍射干涉的三坐标测量方法，其特征在于，还包括：

计算机将探测器实时采集的两点衍射球面波前干涉条纹利用五步移相算法解调出干涉场中探测器平面上任意点的相位分布；

计算机利用智能优化算法求解得到成对亚微米孔径光纤点衍射出射端的三维坐标的最优解。