[發(fā)明專利]一種二維直線度和直線位移同時(shí)測量干涉裝置及測量方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911343035.4
• 申請日: 2019-12-24
• 公開（公告）號: CN111174735A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 句愛松
• 申請（專利權(quán)）人: 常州工學(xué)院
• 主分類號: G01B11/27
• 分類號: G01B11/27;G01B11/02
• 代理公司: 常州佰業(yè)騰飛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32231
• 代理人: 楊靜文

本發(fā)明涉及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種二維直線度和直線位移同時(shí)測量干涉裝置及測量方法，應(yīng)用于精密定位平臺的直線度誤差檢測和直線位移測量，激光器射出準(zhǔn)直光束經(jīng)過擴(kuò)束系統(tǒng)后，中心光束由擋板接收，不被擋板遮擋的空心光束經(jīng)分光平板分為兩部分，一部分為參考光，參考光經(jīng)過四分之一波片后入射至反光鏡后原路返回，再經(jīng)過四分之一波片后經(jīng)過分光平板后發(fā)生透射，后經(jīng)偏振片，偏振片的透振方向與水平方向成45°；另一部分為測量光，測量光經(jīng)分光平板后透射部分經(jīng)過四分之一波片后再經(jīng)圓錐透鏡后發(fā)生轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)角后入射至圓錐面反射鏡后原路返回，再次經(jīng)過圓錐透鏡和四分之一波片發(fā)生反射，后經(jīng)偏振片，與參考光發(fā)生干涉。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種二維直線度和直線位移同時(shí)測量干涉裝置及測量方法，應(yīng)用于精密定位平臺的直線度誤差檢測和直線位移測量。

背景技術(shù)

開發(fā)一批精密、高速、高效、柔性數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備及集成制造系統(tǒng)，是《中國制造2025》的主題之一，已成為制造業(yè)的重點(diǎn)研究對象。目前各種精密定位裝置中的位移控制精度一般在納米量級，而在高性能精密數(shù)控機(jī)床、三坐標(biāo)測量機(jī)等涉及精密定位平臺的系統(tǒng)或裝備中，位移測量精度達(dá)到了幾個(gè)納米，甚至1個(gè)納米以下。因此，高精度的位移及角度檢測是保障加工精度的重要手段。

目前多自由度檢測方法多采用基于激光準(zhǔn)直和激光干涉的測量方法，其中基于激光準(zhǔn)直的方法利用光電探測器接收的光斑位置信息來獲知位移信息，該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)檢測多個(gè)自由度，缺點(diǎn)是測量精度受限于光電探測器的位置檢測精度。而利用激光干涉的方法可以得到很高的幾何位移檢測精度，例如上海理工大學(xué)侯文玫老師提出的高精度直線度測量干涉儀，該系統(tǒng)利用差分平面干涉儀，結(jié)合楔形棱鏡和楔面反射的組合，形成一個(gè)幾何空間對稱的四光束系統(tǒng)，利用分辨率為2π/3600的相位計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)測量分辨率達(dá)到納米級的直線度誤差檢測。但是激光干涉法一般情況下只能測量一個(gè)幾何量，不適合多自由度同時(shí)測量。

現(xiàn)有的技術(shù)也有涉及基于激光干涉的兩個(gè)自由度誤差的測量方法，如申請?zhí)枮?01910056987.1的一件中國發(fā)明專利申請公開了一項(xiàng)稱為“微小滾轉(zhuǎn)角與直線度同步高精度測量干涉儀以及測量方法”的方案。然而該方案是在增加光路系統(tǒng)的復(fù)雜程度上實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)自由度誤差的檢測，且尚無有效的光路調(diào)節(jié)方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種二維直線度和直線位移同時(shí)測量干涉裝置及測量方法，能夠準(zhǔn)確、有效的二維直線度和直線位移同時(shí)測量干涉裝置及測量方法，其能夠獲得納米級直線度誤差和微米級位移誤差的測量精度。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種二維直線度和直線位移同時(shí)測量干涉裝置，激光器射出準(zhǔn)直光束經(jīng)過擴(kuò)束系統(tǒng)后，中心光束由擋板接收，不被擋板遮擋的空心光束經(jīng)分光平板分為兩部分，一部分經(jīng)過四分之一波片后入射至反光鏡后原路返回，再經(jīng)過四分之一波片后經(jīng)過分光平板后發(fā)生透射，后經(jīng)偏振片，偏振片與水平方向成45°，經(jīng)過凹透鏡后光束發(fā)生發(fā)散，光束成像至光電探測器；孔徑光束經(jīng)分光平板后透射部分經(jīng)過四分之一波片后再經(jīng)圓錐透鏡后發(fā)生轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)角后入射至圓錐面反射鏡后原路返回，再次經(jīng)過圓錐透鏡和四分之一波片發(fā)生反射，后經(jīng)偏振片，其透射方向與水平方向成45°，后經(jīng)過凹透鏡，光束成像至光電探測器上。

作為優(yōu)選，所述圓錐透鏡的錐角為170°-179°。

作為優(yōu)選，所述激光器可以為He-Ne激光器、固體激光器或者半導(dǎo)體激光器。