[发明专利]一种二维直线度和直线位移同时测量干涉装置及测量方法

说明书

本发明涉及光学技术领域，具体为一种二维直线度和直线位移同时测量干涉装置及测量方法，应用于精密定位平台的直线度误差检测和直线位移测量，激光器射出准直光束经过扩束系统后，中心光束由挡板接收，不被挡板遮挡的空心光束经分光平板分为两部分，一部分为参考光，参考光经过四分之一波片后入射至反光镜后原路返回，再经过四分之一波片后经过分光平板后发生透射，后经偏振片，偏振片的透振方向与水平方向成45°；另一部分为测量光，测量光经分光平板后透射部分经过四分之一波片后再经圆锥透镜后发生转角，转角后入射至圆锥面反射镜后原路返回，再次经过圆锥透镜和四分之一波片发生反射，后经偏振片，与参考光发生干涉。

技术领域

本发明涉及光学技术领域，具体为一种二维直线度和直线位移同时测量干涉装置及测量方法，应用于精密定位平台的直线度误差检测和直线位移测量。

背景技术

开发一批精密、高速、高效、柔性数控机床与基础制造装备及集成制造系统，是《中国制造2025》的主题之一，已成为制造业的重点研究对象。目前各种精密定位装置中的位移控制精度一般在纳米量级，而在高性能精密数控机床、三坐标测量机等涉及精密定位平台的系统或装备中，位移测量精度达到了几个纳米，甚至1个纳米以下。因此，高精度的位移及角度检测是保障加工精度的重要手段。

目前多自由度检测方法多采用基于激光准直和激光干涉的测量方法，其中基于激光准直的方法利用光电探测器接收的光斑位置信息来获知位移信息，该方法的优点是可以同时检测多个自由度，缺点是测量精度受限于光电探测器的位置检测精度。而利用激光干涉的方法可以得到很高的几何位移检测精度，例如上海理工大学侯文玫老师提出的高精度直线度测量干涉仪，该系统利用差分平面干涉仪，结合楔形棱镜和楔面反射的组合，形成一个几何空间对称的四光束系统，利用分辨率为2π/3600的相位计，可以实现测量分辨率达到纳米级的直线度误差检测。但是激光干涉法一般情况下只能测量一个几何量，不适合多自由度同时测量。

现有的技术也有涉及基于激光干涉的两个自由度误差的测量方法，如申请号为201910056987.1的一件中国发明专利申请公开了一项称为“微小滚转角与直线度同步高精度测量干涉仪以及测量方法”的方案。然而该方案是在增加光路系统的复杂程度上实现的两个自由度误差的检测，且尚无有效的光路调节方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二维直线度和直线位移同时测量干涉装置及测量方法，能够准确、有效的二维直线度和直线位移同时测量干涉装置及测量方法，其能够获得纳米级直线度误差和微米级位移误差的测量精度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种二维直线度和直线位移同时测量干涉装置，激光器射出准直光束经过扩束系统后，中心光束由挡板接收，不被挡板遮挡的空心光束经分光平板分为两部分，一部分经过四分之一波片后入射至反光镜后原路返回，再经过四分之一波片后经过分光平板后发生透射，后经偏振片，偏振片与水平方向成45°，经过凹透镜后光束发生发散，光束成像至光电探测器；孔径光束经分光平板后透射部分经过四分之一波片后再经圆锥透镜后发生转角，转角后入射至圆锥面反射镜后原路返回，再次经过圆锥透镜和四分之一波片发生反射，后经偏振片，其透射方向与水平方向成45°，后经过凹透镜，光束成像至光电探测器上。

作为优选，所述圆锥透镜的锥角为170°-179°。

作为优选，所述激光器可以为He-Ne激光器、固体激光器或者半导体激光器。