基于激光干涉的三自由度测量系统的理论分析

为了克服激光沿原光路返回产生激光回馈效应的影响,提出了一种以组合三反射镜为目标载体的三自由度测量方法,即三平面镜组合方法.它不同于平面镜或角隅棱镜作为目标镜的方法,既能使反射光线与原光线错开一定距离,保证反射光不会沿原光路返回,又能使反射光线保留目标测量对象的偏转信息.在实际测量过程中,一方面由于测量位移范围较小,测量光束与参考光束在测量过程中错开很小,不会影响干涉条纹的产生.另一方面考虑工作台偏转角度一般很小,对干涉条纹形状的影响不会造成对干涉条纹计数的破坏.实验应用结果表明,该方法适用于运动位移与偏转角度的三自由度同步测量.

一种新型光学探头的研制

本文提出一种新型的光学探头的设计方法，该光学探头可以同时用来测量某一镜面反射表面某一点的离面位移和两个角度。本文同时采用了一个小功率激光器为光源，一种新型的ＣＭＯＳ图象传感器为光电传感器件。通过相关分析法和数据拟合等图象处理技术，提高了整套系统的精度和分辨率。一个较为明显的优点是位移和角度的测量是互不影响的。实验证实了该方法位移测量时具有精度为±１５微米，分辨率５微米；角度测量时具有精度±２５秒，分辨率１０秒。