[發明專利]無非線性誤差的直線度測量干涉儀系統及測量方法

有效

• 申請號: 202010184256.8
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111043991B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 句愛松;王加安;顧偲雯
• 申請（專利權）人: 常州工學院
• 主分類號: G01B11/27
• 分類號: G01B11/27;G01B9/02
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 滕詣迪

本發明提出了一種無非線性誤差的直線度測量干涉儀系統以及測量方法。其中外差光源是采用單穩頻激光光源發出的光，其偏振方向經分光鏡分為兩束光，分別經過兩個聲光調制器后變為頻率不同的空間分離的兩束光。兩束光經過Koesters棱鏡后，分為平行傳播的空間對稱的四光束。該四光束經過由二分之一波片、組合偏振分光棱鏡、四分之一波片、楔角棱鏡和楔面反射鏡組成的干涉儀系統，當楔角棱鏡發生水平方向直線度位移時，會引起兩束測量光的光程信息（或稱為相位信息）發生變化，通過比較兩束測量光信號的相位差變化，即可獲知楔角棱鏡的直線度誤差。本發明提供的方法，能夠實現微小直線度誤差的高精度測量。

技術領域

本發明涉及微納米測試計量技術領域，尤其涉及微小直線度誤差的高精度測量干涉儀以及測量方法。

背景技術

先進制造技術作為國家中長期科學和技術發展綱要的優先主題之一，已成為制造業的重點研究對象。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，而在高性能精密數控機床、三坐標測量機中，位移測量精度達到了幾個納米，甚至1個納米以下。位移精度要求的不斷提高，意味著必須對位移過程中的各種偏差進行精密測量和控制。在對多自由度誤差的測量中，直線度誤差是指與運動軸垂直方向的偏移量，對高精密位移臺定位精度的影響最為直接，是機械制造業中一個非常重要的內容。

目前應用與直線度誤差的檢測方法有很多，主要是基于激光準直和激光干涉的方法。其中基于激光準直的測量方案，測量精度主要受限于位置探測器的檢測精度和激光光源的方向漂移；而基于激光干涉的測量方案可以達到很高的測量分辨率，例如上海理工大學侯文玫老師提出的高精度直線度測量干涉儀，該系統利用差分平面干涉儀，結合楔形棱鏡和楔面反射的組合，形成一個幾何空間對稱的四光束系統，利用分辨率為2π/3600的相位計，可以實現測量分辨率達到納米級的直線度誤差檢測。但是由于該系統中由于頻率混疊的現象，致使測量結果存在非線性誤差，該誤差可以達到十幾個納米甚至幾十個納米，因此嚴重限制了直線度誤差的檢測精度。所以，發明一種無非線性誤差的直線度測量干涉儀的重要性不可忽略。

公開號為CN104613902A的發明所描述的干涉儀系統內，兩種不同頻率的光由于光源出射光的非正交或分光棱鏡漏光等問題存在頻率混疊的現象，致使測量光信號中有非線性誤差的存在，該非線性誤差可以達到十幾個納米甚至更多。

發明內容

1、本發明的目的

本發明提供一種無非線性誤差的直線度測量干涉儀系統以及測量方法，其能夠解決消除非線性誤差，獲得納米級直線度誤差的測量精度。

2、本發明所采用的技術方案

本發明公開了一種無非線性誤差的直線度測量干涉儀系統，包括外差光源系統、直線度測量干涉儀系統；

外差光源系統包括穩頻激光器、分光棱鏡、兩個聲光調制器、兩個光遮擋元件、多級直角棱鏡；

穩頻激光器發出的激光經過分光棱鏡后分為兩束光，，再通過兩個聲光調制器、兩個光遮擋元件調節，通過多級直角棱鏡分別發射后，發出兩束空間分離的不同頻率的兩束平行光；

直線度測量干涉儀系統，其包括：Koesters棱鏡、二分之一波片、組合的分光棱鏡、四分之一波片、直角棱鏡、組合的楔角棱鏡、組合的楔面反射鏡和兩級光電接收器一、兩級光電接收器二；

兩束平行光通過Koesters棱鏡、二分之一波片、組合的分光棱鏡、四分之一波片、直角棱鏡、組合的楔角棱鏡、組合的楔面反射鏡；