[發明專利]單頻干涉直線度誤差及其位置測量與補償的裝置及方法

有效

• 申請號: 201710072946.2
• 申請日: 2017-02-10
• 公開（公告）號: CN106885535B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 陳本永;樓盈天;嚴利平;張恩政
• 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: 林懷禹

本發明公開了一種單頻干涉直線度誤差及其位置測量與補償的裝置及方法。單頻激光器輸出的線偏振光束經半波片后，偏振方向被調整成相對于紙面成45°，調制后的線偏振光束被第一消偏振分光棱鏡分光，透射光束進入渥拉斯頓棱鏡型激光單頻干涉儀，反射光束進入邁克爾遜型激光單頻干涉儀。以渥拉斯頓棱鏡型激光單頻干涉儀為感測單元，分別處理形成的圓偏振和線偏振的干涉信號，實現直線度誤差及其位置測量；誤差檢測及補償部分以邁克爾遜型激光單頻干涉儀為感測單元，分析形成的等厚干涉條紋圖像，實現偏擺角和俯仰角的測量，并根據測得的俯仰角對直線度誤差及其位置的測量結果進行了補償，提高了直線度誤差及其位置的測量精度。

技術領域

本發明涉及一種以采用光學方法為特征的計量設備及方法，尤其是涉及一種單頻干涉直線度誤差及其位置測量與補償的裝置及方法。

背景技術

精密線性導軌是計算機數控機床和坐標測量機等精密制造和測量設備的關鍵運動部件，作為精密線性導軌的主要性能指標，直線度結合其他自由度參數直接影響精密設備的精度，因此對高精度直線度測量儀的需求也日益增長。目前高精度直線度測量方法主要分為激光準直法、激光光柵衍射法和激光干涉法。與激光準直法、激光光柵衍射法等直線度測量方法相比，激光干涉直線度測量方法具有測量精度高、靈敏度高、穩定性好以及測量范圍大的優點。但直線度干涉儀一般僅能實現被測對象直線度誤差這一個自由度參數的檢測。針對這一問題，本課題組的發明專利(專利號：ZL200910100065.2和ZL200910100068.6)公開了一種基于雙頻干涉原理的直線度及其位置的測量方法及裝置，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同時檢測。在此基礎上，本課題組公開了發明專利—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(申請號：201510067188.6)，實現了被測對象的偏擺角、俯仰角、滾轉角、水平直線度、垂直直線度以及直線度誤差位置的六自由度同時檢測，其中，采用激光外差干涉方法實現直線度誤差及其位置的測量，采用激光光斑檢測方法實現偏擺角、俯仰角、滾轉角和水平直線度誤差的測量。然而，由于激光光斑檢測方法的測量精度受限于位置敏感探測器或四象限探測器的分辨率，導致被測對象的轉動角度的測量精度較低。此外，雖然激光外差干涉儀具有良好的抗環境干擾的能力，但是激光外差干涉儀的周期非線性誤差比激光單頻干涉儀的周期非線性誤差大，這限制了直線度及其位置測量精度的提高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種單頻干涉直線度誤差及其位置測量與補償的裝置及方法，直線度誤差及其位置檢測部分以渥拉斯頓棱鏡型激光單頻干涉儀為感測單元，分別處理形成的圓偏振和線偏振的干涉信號，實現了直線度誤差及其位置的同時測量；誤差檢測及補償部分以邁克爾遜型激光單頻干涉儀為感測單元，分析形成的等厚干涉條紋圖像，實現了偏擺角和俯仰角的測量，并根據測得的俯仰角對直線度誤差及其位置的測量結果進行了補償，提高了直線度誤差及其位置的測量精度。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一、一種單頻干涉直線度誤差及其位置測量與補償的裝置：

選擇能夠輸出線偏振光的單頻激光器，其輸出的線偏振光束經半波片后，偏振方向被調整成相對于紙面成45°；調制后的線偏振光束被第一消偏振分光棱鏡分光，透射光束進入由第三消偏振分光棱鏡、渥拉斯頓棱鏡、由上下直角棱鏡組成的測量反射鏡、第四消偏振分光棱鏡、第一四分之一波片、第五消偏振分光棱鏡、偏振片、第一偏振分光棱鏡、第二偏振分光棱鏡、第二四分之一波片和第三偏振分光棱鏡組成的渥拉斯頓棱鏡型激光單頻干涉儀，反射光束進入由第二消偏振分光棱鏡、第一平面反射鏡和第二平面反射鏡組成的邁克爾遜型激光單頻干涉儀；