[发明专利]一种三自由度精密激光检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及精密激光检测技术领域，尤其涉及XYθ三自由度运动且偏转中心非固定的检测装置及检测方法。

背景技术

激光干涉仪因分辨率高、非接触、受环境影响小、反应灵敏等优点广泛应用于各种精密测量系统中，但传统的线性测量激光尺无法满足测量带有偏转运动的角位移和线位移。

目前存在的激光干涉仪，如图1所述，往往只能测单独的平移运动，当待测运动部件带有偏转时则无法捕获到反射光进行干涉测量。另外，传统的角度编码器适用于固定中心的转动角位移测量，而旋转中心存在较大偏移的情况下则无法测量。

因此，如何设计一种能够同时高精度测量XYθ三自由度运动且偏转中心非固定的检测装置，是本领域技术人员亟需解决的。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种XYθ三自由度精密激光检测装置。本方案所提供的检测手段采用现有的双倍光程差激光尺，通过设计光路可实现XYθ三自由度精密激光检测。本方案具有测量分辨率高，可测偏转角度大，XYθ位移同时测量的优点，特别是适用于转动中心非固定的情况。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种三自由度精密激光检测装置，包括：直角镜架组件、X向过渡镜架组件、Y向过渡镜架组件、激光尺A、激光尺B及激光尺C；

所述直角镜架组件设置在运动平台上，所述运动平台设置在待测件固定底座上，所述待测件固定底座的一个侧面通过Y向过渡镜架组件与激光尺C相连，和与激光尺C相连的固定底座的一个侧面相邻的另一个固定底座的侧面通过X向过渡镜架组件分别与激光尺B及激光尺A相连；三个不同的入射光路分别经过对应的激光尺、过渡镜架组件及直角镜架组件形成参考光束及目标光束，对参考光束及目标光束进行处理得到相应测点的运动距离s1、s2及s3，根据该运动距离s1、s2及s3得运动平台z向转角θ_z，运动平台X向位移x,运动平台Y向运动位移y。

所述三个不同的入射光路分别经过对应的激光尺、过渡镜架组件及直角镜架组件形成参考光束及目标光束，对参考光束及目标光束进行处理得到相应测点的运动距离s1、s2及s3，具体为；

入射光路经过激光尺A、直角镜架组件、X向过渡镜架组件形成参考光束及目标光束，参考光束与目标光束相互干涉经感光元件处理可实现测得A点延X方向运动距离为s1；

入射光路经过激光尺B、直角镜架组件、X向过渡镜架组件形成参考光束及目标光束，参考光束与目标光束相互干涉经感光元件处理可实现测得B点延X方向运动距离为s2；

入射光路经过激光尺C、直角镜架组件、Y向过渡镜架组件形成参考光束及目标光束，参考光束与目标光束相互干涉经感光元件处理可实现测得C点延Y方向运动距离为s3。

所述根据该运动距离s1、s2及s3得运动平台z向转角θ_z，运动平台X向位移x,运动平台Y向运动位移y，其计算公式为：

其中，A,B,C为待检测点；A点，B点中点与平台旋转中心O1点连线平行于X方向，所述C点与平台旋转中心O1点连线平行于Y方向；C点与O1点距离为L，A点与B点距离为d，A点延X方向运动距离为s1,B点延X方向运动距离为s2,C点延Y方向运动距离为s3。

所述直角镜架组件包括支撑架，所述支撑架的一个侧面设置有第六镜框，第六镜框上设置有两个直角镜，与第六镜框所在侧面相邻的另一个支撑架的侧面上设置有第七镜框及第八镜框，所述第七镜框及第八镜框上也分别设置有两个直角镜。

所述直角镜为目标镜片。

所述支撑架上设置有两个方孔。

所述第七镜框及第八镜框上也分别设置有两个直角镜，所述直角镜的斜面相互平行或共面；

第六镜框上设置有两个直角镜，所述直角镜的斜面相互平行或共面。

所述X向过渡镜架组件包括X向镜架，所述X向镜架的上面上设置有第一镜框及第二镜框，所述第一镜框及第二镜框上分别设置有一个平面镜，所述X向镜架的下面上设置有第三镜框，第三镜框上从左至右依次设置有三个平面镜。

所述第三镜框上从左至右依次设置有三个平面镜，三个平面镜为光路过渡镜片。

所述第一镜框及第二镜框上分别设置有一个平面镜，平面镜为参考镜片。

所述X向镜架上设置有两个方孔。

所述Y向过渡镜架组件包括Y向镜架，所述Y向镜架的上面上设置有第四镜框，所述第四镜框上设置有一个平面镜，所述Y向镜架的下面上设置有第五镜框，所述第五镜框上从左至右依次设置有二个平面镜。