[发明专利]光学测量系统及以此系统测量角度及转速的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学测量系统及光学测量方法，特别是一种用于测量线性位移、俯仰角度、摇摆角度、滚动角度与马达转速的光学测量系统及光学测量方法。

背景技术

随精密机械业的迅速发展，所有半导体工艺与测量技术皆已推广至微米甚至纳米等级，产业界常用的高阶测量仪器如：自动视准仪、激光干涉仪、电容式位移计、光学尺等等皆能提供精密的定性及定量需求。为达精密机械的机台多任务化运用与使用者操作便利性等需求，故精密机械设备大多是由单轴以上元件或平台所组合而成以达到多自由度运动，但该设备中各轴运动元件的特性与误差皆会有加成效果，并严重影响其加工质量与精细度。针对产业界的需求而言，不论是机台空载时的误差测量或调校、精密元件的组装或加工件的精密定位、控制与补偿等都需要至少六个自由度的测量信息。故对于多自由度的定性及定量检测，需具有更高规格的检测技术，例如能同时检测多个自由度并缩小测量仪器的体积、增加使用便利性及扩充性。

以激光干涉仪为例，即使其可利用同一激光头装置来测量多轴自由度，但大多数并非具有同时检测的功能，且因体积庞大而无法装设于精密机械的有限的空间中。同样的，虽然自动视准仪可同时得到两个旋转轴的角位移信息，然其缺乏线性位移测量信息。激光干涉仪与自动视准仪的价格高昂，且仅能作为机台空载时的误差测量或调校依据。使用上最为广泛的光学尺，其虽可做为误差检测或回授的实时测量仪器，但仅能提供平面位移信号，且在架设上仍有诸多限制。

发明内容

本发明主要目的在于提供一个具有四个自由度的光学测量系统，可同时测量得单一线性轴的线性位移，与三个角位移量俯仰度、摇摆度以及滚动度，以克服前述高阶仪器的使用极限与不便利处。本发明可由一市售光学读取头改装而得，故其能拥有较小的尺寸，有利于装设在所有精密机械系统中作为定位与误差测量及回授的装置。

因此，本发明提供一种光学测量系统，其包含：激光二极管、反射元件、准直透镜、分光元件、光检测元件与目标反射镜；其中，该激光二极管包含功率监测装置；第一光线自该激光二极管发出，循光路通过该分光元件、该准直透镜，经该反射元件反射后，通往该目标反射镜而被反射成为第二光线，该第二光线反序沿着该光路返回该分光元件而被导往该功率监测装置与光检测元件，以进行测量分析。

同时，本发明也提供以此系统测量线性位移、转动角度、滚动角度与马达转速的方法。

附图说明

图1a为本发明的光学测量系统，及用以测量线性位移的测量方法的示意图；

图1b为本发明的光学测量系统用以测量微小待测物的线性位移的测量方法的示意图；

图1c为本发明的目标反射镜朝+X方向移动时，功率监测装置的信号；

图1d为本发明的目标反射镜朝-X方向移动时，功率监测装置的信号；

图2a为本发明的光学测量系统用以测量俯仰角度的测量方法的示意图；

图2b为本发明的俯仰角度的测量方法，其光点位置变化的示意图；

图3a为本发明的光学测量系统用以测量摇摆角度的测量方法的示意图；

图3b为本发明的摇摆角度的测量方法，其光点位置变化的示意图；

图4a为本发明的光学测量系统用以测量滚动角度的测量方法的示意图；

图4b、4c为本发明的滚动角度的测量方法，其光点能量强度变化的示意图。

具体实施方式