[发明专利]单频干涉直线度误差及其位置测量与补偿的装置及方法

说明书

本发明公开了一种单频干涉直线度误差及其位置测量与补偿的装置及方法。单频激光器输出的线偏振光束经半波片后，偏振方向被调整成相对于纸面成45°，调制后的线偏振光束被第一消偏振分光棱镜分光，透射光束进入渥拉斯顿棱镜型激光单频干涉仪，反射光束进入迈克尔逊型激光单频干涉仪。以渥拉斯顿棱镜型激光单频干涉仪为感测单元，分别处理形成的圆偏振和线偏振的干涉信号，实现直线度误差及其位置测量；误差检测及补偿部分以迈克尔逊型激光单频干涉仪为感测单元，分析形成的等厚干涉条纹图像，实现偏摆角和俯仰角的测量，并根据测得的俯仰角对直线度误差及其位置的测量结果进行了补偿，提高了直线度误差及其位置的测量精度。

技术领域

本发明涉及一种以采用光学方法为特征的计量设备及方法，尤其是涉及一种单频干涉直线度误差及其位置测量与补偿的装置及方法。

背景技术

精密线性导轨是计算机数控机床和坐标测量机等精密制造和测量设备的关键运动部件，作为精密线性导轨的主要性能指标，直线度结合其他自由度参数直接影响精密设备的精度，因此对高精度直线度测量仪的需求也日益增长。目前高精度直线度测量方法主要分为激光准直法、激光光栅衍射法和激光干涉法。与激光准直法、激光光栅衍射法等直线度测量方法相比，激光干涉直线度测量方法具有测量精度高、灵敏度高、稳定性好以及测量范围大的优点。但直线度干涉仪一般仅能实现被测对象直线度误差这一个自由度参数的检测。针对这一问题，本课题组的发明专利(专利号：ZL200910100065.2和ZL200910100068.6)公开了一种基于双频干涉原理的直线度及其位置的测量方法及装置，实现了对被测对象的直线度误差及其位置二个自由度参数的同时检测。在此基础上，本课题组公开了发明专利—具有六自由度检测的激光外差干涉直线度测量装置及方法(申请号：201510067188.6)，实现了被测对象的偏摆角、俯仰角、滚转角、水平直线度、垂直直线度以及直线度误差位置的六自由度同时检测，其中，采用激光外差干涉方法实现直线度误差及其位置的测量，采用激光光斑检测方法实现偏摆角、俯仰角、滚转角和水平直线度误差的测量。然而，由于激光光斑检测方法的测量精度受限于位置敏感探测器或四象限探测器的分辨率，导致被测对象的转动角度的测量精度较低。此外，虽然激光外差干涉仪具有良好的抗环境干扰的能力，但是激光外差干涉仪的周期非线性误差比激光单频干涉仪的周期非线性误差大，这限制了直线度及其位置测量精度的提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单频干涉直线度误差及其位置测量与补偿的装置及方法，直线度误差及其位置检测部分以渥拉斯顿棱镜型激光单频干涉仪为感测单元，分别处理形成的圆偏振和线偏振的干涉信号，实现了直线度误差及其位置的同时测量；误差检测及补偿部分以迈克尔逊型激光单频干涉仪为感测单元，分析形成的等厚干涉条纹图像，实现了偏摆角和俯仰角的测量，并根据测得的俯仰角对直线度误差及其位置的测量结果进行了补偿，提高了直线度误差及其位置的测量精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一、一种单频干涉直线度误差及其位置测量与补偿的装置：

选择能够输出线偏振光的单频激光器，其输出的线偏振光束经半波片后，偏振方向被调整成相对于纸面成45°；调制后的线偏振光束被第一消偏振分光棱镜分光，透射光束进入由第三消偏振分光棱镜、渥拉斯顿棱镜、由上下直角棱镜组成的测量反射镜、第四消偏振分光棱镜、第一四分之一波片、第五消偏振分光棱镜、偏振片、第一偏振分光棱镜、第二偏振分光棱镜、第二四分之一波片和第三偏振分光棱镜组成的渥拉斯顿棱镜型激光单频干涉仪，反射光束进入由第二消偏振分光棱镜、第一平面反射镜和第二平面反射镜组成的迈克尔逊型激光单频干涉仪；