[发明专利]微小滚转角与直线度同步高精度测量干涉仪以及测量方法

说明书

本发明提出了一种微小滚转角与直线度同步高精度测量干涉仪以及测量方法，其通过采用双频激光光源发出的光经Koster棱镜将其分为两束频率不同、振动方向不同的光，两束光通过四分之一波片、楔面棱镜、楔面反射镜后汇聚从Koster棱镜另一面射出后，经角隅棱镜反射的光束经过分光棱镜BS，其中一束直接进入Koster棱镜返回测量系统中，另一束经直角棱镜和二分之一波片后进入Koster棱镜返回测量系统中。同时，将滚转角的旋转转化为光路的旋转，计算通过楔面棱镜的六束光的关系获得滚转角误差和直线度误差。本发明提供的方法，能够实现微小滚转角与直线度同步高精度测量。

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及微小滚转角与直线度同步高精度测量干涉仪以及测量方法。

背景技术

近年来，随着制造业的发展，超精密加工成为先进制造技术的重要研究内容之一。高精密的位移台在先进制造领域具有及其重要的地位，对其进行精确定位与控制是实现精密加工与制造的关键。当精密位移台沿某一运动轴直线运动时，在空间中会产生6个自由度的误差，这6个自由度包括沿轴移动产生的定位误差、沿另外两轴移动产生的直线度误差和绕轴旋转产生的角度误差，其中角度误差又可分为偏摆角、俯仰角以及滚转角误差。

在对多自由度误差的测量中，直线度的测量最为基本和广泛，对高精密位移台定位精度的影响也最为直接，同时作为平面度、平行度、垂直度、同轴度等几何测量的基础，也是机械制造行业中一个非常重要的内容。目前的直线度测量精度已经很高，但仍存在很多问题。基于沃拉斯顿棱镜的干涉测量法的测量精度和测量行程受沃拉斯顿棱镜出射光的夹角限制。工业上其实是在运动副上贴一个反射镜做直线度干涉测量，测量精度受平面反射镜面型误差影响，不适用于测量大行程导轨。同时，目前的直线度方法无法消除阿贝误差的影响，因此，难以满足日益增长的工业生产要求。角度误差中的偏摆及俯仰角误差通常在现有的测量技术已经能够达到较高的测量精度，而滚转角的测量则相对困难许多，一直以来也是国内外专家学者研究的对象。

而对近年来有很多采用不同测量技术的多自由度误差同时测量方法的研究，主要由基于光栅分束、基于全反射测角法、基于激光动态跟踪定位以及基于激光干涉和准直相集合的技术。上海理工大学侯文玫老师提出的高精度滚转角测量干涉仪，针对各种高精度直线运动定位装置，设计一个新型的差分平面干涉仪，并采用一个楔面棱镜和楔面反射镜，组合成为一个几何空间对称四光路系统。利用它可快速高效地测量各种精密直线位移运动的滚转角。若使用2π/36000的高精密细分相位计，滚转角的测量分辨率为0.01”。同时，她提出的高精度直线度测量干涉仪，同样采用一个楔面棱镜和楔面反射镜，组合成为一个几何空间对称四光路系统，构成新型的高精度直线度测量干涉仪。但是此方法只能单独测滚转角或者直线度，而不能实现同步测量。所以，发明一种能够同时高精度测量滚转角与直线度的测量仪的重要性不可忽略。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微小滚转角与直线度同步高精度测量干涉仪以及测量方法，其能够同时高精度测量滚转角与直线度。