[发明专利]多轴激光位移测量系统中干涉仪的安装偏差标定方法

说明书

多轴激光位移测量系统中干涉仪的安装偏差标定方法，所述方法是在激光干涉仪位移测量系统中，增加一个或多个冗余干涉仪。然后建立包含激光干涉仪安装偏差的位移解算方程，通过连续测量多个位置点的位移信息，得到冗余测量信息，组合形成的位移解算方程个数等于未知量个数，进而利用此方程组求解得到干涉仪的安装偏差。本发明采用冗余布置激光干涉仪方法，实现其安装偏差自标定。本发明无需借助其他更高精度的位移传感器，可解决工业应用中多轴干涉仪安装偏差难以标定的问题。

技术领域

本发明涉及一种多轴激光位移测量系统中干涉仪的安装偏差标定方法，适用于精密运动台中多轴激光干涉仪三自由度位移测量系统中的测量轴安装偏差标定。

背景技术

激光干涉仪具有测量分辨率高、精度高、测量行程大等优势，在精密制造领域中，被广泛应用于测量分辨率需求在纳米或亚纳米级的多自由度精密运动位移测量系统中，在学术界和工业界均受到关注。

激光干涉仪的测量系统是有激光发生器(光源)、透镜、反射镜、光电转换器以及数据采集卡等组成，由于在安装过程中，干涉仪存在安装偏差，激光光束所在轴线不能平行与运动台的运动方向。该偏差引起的测量误差，对于精度需求是纳米和亚纳米级的激光干涉仪测量系统来说，会产生相对较大影响。目前，工业应用中常借助其他辅助传感器，用于对其安装误差进行标定，标定过程复杂。

因此，一种不需要借助其他辅助传感器，且能简单有效标定激光干涉仪位移测量系统安装偏差的方法亟待提出。

发明内容

本发明的目的在于针对多轴激光位移测量系统中干涉仪安装偏差难以标定的问题，提出一种通过增加冗余干涉仪，实现多轴激光干涉仪安装偏差标定的方法。

本发明所采用的技术方案如下：

所涉及的一种多轴激光位移测量系统中干涉仪的安装偏差标定方法，其特征在于：该方法包括运动台1、安装在X向的干涉仪301、安装在Y向的第一干涉仪302和第二干涉仪303、以及增加的冗余干涉仪4；

所述方法包括如下步骤：

1)安装冗余干涉仪4，设定其为安装参考轴；并以运动台1的几何中心为原点建立坐标系OXYZ，坐标系X轴与冗余干涉仪4的光束所在方向平行；

2)建立包含安装在X向的干涉仪301、安装在Y向的第一干涉仪302、第二干涉仪303的安装偏差和冗余干涉仪4的三自由度位移解算模型：

式中：

其中L₁是冗余干涉仪的测量值，L₂是安装在X向的干涉仪的测量值，S₁是安装在Y向的第一干涉仪的测量值，S₂是安装在Y向的第二干涉仪的测量值，d是冗余干涉仪和安装在X向的干涉仪在Y方向上的安装间距，r是安装在Y向的第一干涉仪和第二干涉仪在X方向上的安装间距，x是运动台沿坐标系X轴的位移，y是运动台沿坐标系Y轴的位移，θ_z是运动台绕坐标系Z轴的旋转位移，a₁、b₁和b₂是中间变量，η₁是安装在X向的干涉仪与坐标系X轴的安装偏差夹角，是安装在Y向的第一干涉仪与坐标系Y轴的安装偏差夹角，是安装在Y向的第二干涉仪与坐标系Y轴的安装偏差夹角；