[发明专利]一种激光直线度和位移的测量装置

说明书

技术领域

本发明属于激光精密测量技术领域，特别涉及一种应用激光进行直线度测量和位移测量的装置。

背景技术

位移测量和直线度测量都是几何计量领域中最基本的计量项目，在运动导轨、坐标测量机、机床等设备的精度检定和误差补偿等方面有着广泛的应用。

激光干涉直线度测量方案中，最早是美国Agilent公司采用的单渥拉斯顿棱镜方案，目前依然做为商品化的器件销售，缺点是0－30米工作距离上需要2套装置分别测量，渥拉斯顿棱镜和大角度平面反射镜的角度需要配对加工，加工难度大，成本高，调节困难。有近程测量死区；远距离时光束完全分离，容易受到空气扰动干扰。

国内专利号为01134379.6、名称为横向塞曼双频激光直线度/同轴度测量装置的发明专利提出了一种双渥拉斯顿棱镜的直线度测量方案，采用双渥拉斯顿代替了单渥拉斯顿棱镜，直角棱镜代替大角度平面反射镜，在30米远距离上光束基本不分离，因此具有抗干扰能力强，0－30米工作距离上仅需一套装置，器件加工较容易等优点，缺点是直角棱镜只在一个方向上具有光路漂移自适应特性，而在垂直的另一方向上不具备角漂自适应性。故在水平方向上激光直线度测量后，测量垂直方向上的直线度时，为避免光路漂移造成的误差，需要将直角棱镜绕入射光路轴线旋转90度使其棱线沿垂直方向放置，使其对垂直方向上的平漂和角漂具有自适应特性，使得漂移不会引起测量误差。直角棱镜旋转后光路上的两个渥拉斯顿棱镜、活动套筒、第二检偏器和第二光电接收器都需要绕入射光路轴线手动旋转90度，才能保证反射光的接收，由于手动旋转直角棱镜后的特征方向与其旋转前的特征方向不能保证重合，而直线度的测量是以直角棱镜的特征方向作为基准直线的，故测量基准就发生了改变，这就需再次对直角棱镜的俯仰和偏摆角度进行微调，调节过程繁琐，工作量大，测量时间长。

为克服上述缺点，本申请人申请了专利号为201010218507.6、名称为激光直线度/同轴度测量装置的发明专利，提出一种新的光路方案进行激光直线度测量，采用了双渥拉斯顿棱镜和一个特殊结构的平移反射镜，平移反射镜的特性是可同时做为水平方向和垂直方向直线度的测量基准，因此在测量两个方向的直线度时光路不需要重新调整，只需要旋转渥拉斯顿棱镜即可，而不需要旋转该平移反射镜、第二检偏器和第二光电接收器等器件。这样就大大简化了调节过程，缩减了调节时间，提高了调节效率，而且可以方便地扩展成二维测量直线度系统。

在位移测量方面，迈克尔逊干涉仪是一种典型的双频激光干涉位移测量的实现装置。

激光干涉直线度测量装置和激光干涉位移测量装置只能对直线度和位移分别进行测量，耗费时间多、需要多次调整光路，而且由于直线度测量结果中不包含测量点处的位置信息，给应用带来了很大不便。

国内专利号为200910100068.6、名称为基于双频干涉原理的直线度及其位置的测量装置的发明专利设计了一种可以同时测量直线度和位移的干涉测量装置。采用了单渥拉斯顿结构，由两个直角棱镜组成的大角度的测量反射镜做为基准靶镜和测量对象。该装置可以同时得到被测对象的直线度和测量点的位移，对于提高测量效率和使用直线度误差数据进行导轨修正提供了很大方便。但是由于大角度的测量反射镜既是直线度的测量基准，又是被测靶镜，在测量过程中需要移动。测量垂直方向直线度时，靶镜的俯仰角变化会直接造成直线度基准直线的转动，产生额外的测量误差；测量水平方向直线度时，靶镜的偏摆角变化会直接造成直线度基准直线的转动，产生额外的测量误差。而靶镜的俯仰、偏摆和滚转还会造成返回光的偏移，使得光束无法重合或者离开光电接收器的接收窗口，造成信号幅值和对比度的下降，严重时会导致测量中断。因此在实际应用中，特别是长距离使用时存在问题。另外，该装置还同时存在单渥拉斯顿测量系统中的器件配对加工要求高，难度大，调节困难等缺陷。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种新型的激光直线度和位移的测量装置，采用光路折回反射镜、双渥拉斯顿棱镜和基准反射镜，设置新型的光路结构并进行一次光路调整，即可同时完成位移测量以及水平或垂直方向上的直线度测量，使得光学器件数目减少，这样就大大减小了设备体积，降低了设备成本，简化了调节过程，缩减了调节时间，提高了测试效率；本发明的光路对空气扰动和环境温度变化等干扰因素具备很好的抵抗能力，测量器件在移动过程中的角度变化和其他方向上的位置变化不引起测量误差，基准反射镜作为直线度基准在测量过程中保持固定不动，在远距离上光束也基本不分开，从而提高了测量结果的稳定性，减小了测量误差，保证了测量精度。