[发明专利]一种基于偏振分束光栅的干涉位移测量装置

说明书

本发明公开一种基于偏振分束光栅的干涉位移测量装置，包括光源组件、光路组件、光电接收模块和信号处理模块；光源组件用以产生测量光束；光路组件包括第一反射棱镜、反射式光栅、第二反射棱镜、第三反射棱镜和偏振分束光栅；光源组件发出测量光束到第一反射棱镜，第一反射棱镜用以将测量光束反射至反射式光栅，反射式光栅将测量光束分为第一衍射光和第二衍射光，第一衍射光和第二衍射光分别反射到第二反射棱镜和第三反射棱镜，第二反射棱镜和第三反射棱镜用以将第一衍射光和第二衍射光调整后入射到偏振分束光栅上；光电接收模块与信号处理模块电信连接，信号处理模块用以对第一拍频信号和第二拍频信号进行差分计算，计算出位移。

技术领域

本发明涉及光栅干涉仪技术领域，特别涉及一种基于偏振分束光栅的干涉位移测量装置。

背景技术

随着高端制造业的发展，对精密测量的精度要求也越来越高。在高精度测量领域，目前主要有两种测量系统，一种是激光位移测量系统以激光波长为测量基准，激光波长容易受到空气折射率变化的影响，由于激光干涉仪的光束传输距离长(300mm以上)，即使在温湿度、气流气压控制很好的工作环境中，由于工件台快速移动带来的空气流动，仍然会导致空气折射率的不均匀分布，从而影响定位精度的进一步提高。光栅位移测量系统是以光栅栅距为测量基准，可以大大降低空气折射率引起的误差，测量精度从微米级到纳米级甚至亚纳米级，为超精密加工技术的发展提供了有效的技术支持。光栅位移测量系统的核心元件是光栅，以光栅栅距为基准，结构紧凑、光路对称、光程短且对外界环境的敏感性低，可应用于多维度精密位移测量。从原理上，光栅位移测量系统可分为零差式光栅干涉位移测量系统和外差式光栅干涉位移测量系统。零差式光栅干涉位移测量系统是用分光装置将光源分成参考光和测量光后，使两束光经过不同的路径叠加，形成可以测量的干涉信号。由于待测光和参考光的载频是相同的，这样得到的干涉光场可以消除电磁波本身频率噪声所带来的影响。外差式光栅干涉位移测量系统是一种测量光相位变化的方法。外差式光栅干涉位移测是由两束具有轻微频差的光束进行叠加，所形成的干涉信号为随着时间、相位变化的拍频，在进行位移测量时，位移量的变化信息会记录在拍频信号的相位中，经由相应的解调技术可以解调出所需的相位变化。

传统的的外差式光栅位移测量系统通过偏振分束器把入射的非偏振光束分成两束正交的偏振光，从而得到稳定的干涉信号。然而偏振分束器是用自然双折射晶体或者多层介质膜制作的，前者显得大且重，后者制造成本高，难以满足光学系统的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于偏振分束光栅的干涉位移测量装置，解决现有技术中的干涉装置体积大和成本高的问题。

本发明的技术方案为：一种基于偏振分束光栅的干涉位移测量装置，包括光源组件、光路组件、光电接收模块和信号处理模块；

所述光源组件用以产生两束重合、偏振正交且具有固定频差的偏振光作为测量光束；

所述光路组件包括第一反射棱镜、反射式光栅、第二反射棱镜、第三反射棱镜和偏振分束光栅；

所述光源组件发出测量光束到第一反射棱镜，所述第一反射棱镜设于光源组件的出射光路上，第一反射棱镜用以将测量光束反射至反射式光栅，反射式光栅将测量光束分为第一衍射光和第二衍射光，第二反射棱镜和第三反射棱镜设于反射式光栅的反射光路上，第一衍射光和第二衍射光分别反射到第二反射棱镜和第三反射棱镜，第二反射棱镜和第三反射棱镜用以将第一衍射光和第二衍射光调整后入射到偏振分束光栅上；

第一衍射光入射到偏振分束光栅后产生第一S光分量和第一P光分量，第二衍射光入射到偏振分束光栅后产生第二S光分量和第二P光分量；

所述反射式光栅用以设置于移动物体表面，移动物体用以带动反射式光栅沿光栅矢量方向Y移动；