[發明專利]具有六自由度檢測的激光外差干涉直線度測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201510067188.6
• 申請日: 2015-02-06
• 公開（公告）號: CN104634283B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 陳本永;嚴利平;張恩政;徐斌
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: G01B11/27
• 分類號: G01B11/27;G01B11/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 林超

技術領域

本發明涉及一種激光外差干涉直線度測量裝置及方法，尤其是涉及一種具有六自由度檢測的激光外差干涉直線度測量裝置及方法。

背景技術

在現代精密機械及儀器的制造中，直線度作為表征工作臺或導軌零件形狀的主要幾何要素之一，在機械精度檢測中有著重要的地位和作用。目前直線度測量方法很多，根據是否采用激光作為測量載體可以分為激光類測量法和非激光類測量法，前者相較于后者能夠達到更高的測量精度且測量方便，因此一直是國內外學者及企業研究的主要對象。在激光類測量法中，激光外差直線度干涉儀因具有良好的抗干擾性、高信噪比、高精度等性能，在直線度測量領域得到了比較廣泛的應用。激光外差直線度干涉儀主要由雙頻激光器、渥拉斯頓棱鏡和V型反射鏡等組成，一般僅實現被測對象直線度誤差這一個自由度參數的檢測。發明專利(200910100065.2和200910100068.6)采用消偏振分光鏡、渥拉斯頓棱鏡、V型反射鏡和偏振分光鏡的光路結構，實現了對被測對象的直線度誤差及其位置二個自由度參數的檢測。

在實際直線度測量過程中，激光外差直線度干涉儀的測量鏡安裝在被測對象的移動平臺上，該平臺在運動過程中存在六個自由度的誤差參數，包括三個線性參數(垂直直線度誤差、水平直線度誤差和直線度誤差的位置)和三個轉動參數(偏擺角誤差、俯仰角誤差和滾轉角誤差)，其中三個轉動誤差會嚴重影響直線度誤差及其位置的測量結果，導致測量精度降低。因此，目前的激光外差干涉直線度測量裝置及方法存在沒有消除這些轉動誤差對直線度測量結果帶來影響的技術問題，同時也并未實現被測對象六個自由度誤差參數的同時測量。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有六自由度檢測的激光外差干涉直線度測量裝置及方法。采用激光外差干涉及激光光斑檢測的原理，既實現了被測對象的多個自由度運動參數的同時檢測，又實現了對直線度及其位置檢測的誤差補償，解決了激光外差干涉直線度測量中轉動誤差對測量結果影響的技術問題，提高了直線度及其位置檢測的測量精度，同時實現了被測對象的六個自由度誤差參數的同時測量。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一、一種具有六自由度檢測的激光外差干涉直線度測量裝置：

包括激光外差干涉直線度與其位置檢測部分以及誤差檢測與補償部分，激光外差干涉直線度與其位置檢測部分包括具有拍頻信號輸出的雙頻激光器、消偏振分光鏡、渥拉斯頓棱鏡、反射棱鏡、第一偏振分光鏡、第一檢偏器、第二檢偏器、第一光電探測器和第二光電探測器；誤差檢測與補償部分包括第一普通分光鏡、第二普通分光鏡、平面反射鏡、凸透鏡、位置敏感探測器、第三普通分光鏡、第二偏振分光鏡、第一四象限探測器和第二四象限探測器；平面反射鏡和反射棱鏡組成測量鏡通過測量鏡支架安裝在被測對象的移動平臺上；

雙頻激光器拍頻信號輸出端輸出的拍頻信號作為參考信號，雙頻激光器輸出光束經第一普通分光鏡透射后入射到消偏振分光鏡上，經消偏振分光鏡的透射和反射后分為消偏振分光鏡透射光束和消偏振分光鏡反射光束，消偏振分光鏡反射光束入射到第一偏振分光鏡分別經透射和反射分為頻率為f₁的透射光束和頻率為f₂的反射光束，消偏振分光鏡的透射光束入射到渥拉斯頓棱鏡上分光，分為頻率為f₁和頻率為f₂的光束；渥拉斯頓棱鏡分光后的兩束光束經反射棱鏡反射后疊加有被測對象運動導致的多普勒頻移，反射疊加后的兩束光束的頻率分別變為f₁±Δf₁和f₂±Δf₂，兩束反射光束入射回到渥拉斯頓棱鏡合成一束光出射；

渥拉斯頓棱鏡的合成出射光經過第三普通分光鏡透射后入射到第一偏振分光鏡，經第一偏振分光鏡的透射和反射后分為透射光束和反射光束：合成出射光入射到第一偏振分光鏡輸出頻率為f₁±Δf₁的透射光束與消偏振分光鏡反射光束入射到第一偏振分光鏡輸出頻率為f₂的反射光束合成一束射向第一檢偏器，經第一檢偏器入射到第一光電探測器接收，產生第一路測量信號；合成出射光入射到第一偏振分光鏡輸出頻率為f₂±Δf₂的反射光束與消偏振分光鏡反射光束入射到第一偏振分光鏡輸出頻率為f₁的透射光束合成一束射向第二檢偏器，經第二檢偏器入射到第二光電探測器接收，產生第二路測量信號；