[发明专利]精密转台轴向与径向跳动测量装置和测量方法

说明书

一种精密转台轴向与径向跳动测量装置和测量方法，测量装置包括波面测量干涉仪、待测精密转台和反射球面光学元件；所述的反射球面光学元件安装在待测精密转台上，待测精密转台的旋转轴通过反射球面光学元件的标准球面的曲率中心；通过波面测量干涉仪测量结果是Fringe Zernike多项式第Z2(X倾斜)、Z3(Y倾斜)，和Z4(离焦)项的系数，计算反射球面光学元件曲率中心与波面测量干涉仪输出球面光波的汇聚中心间的偏离，精确得到待测精密转台轴向与径向跳动。本发明具有装置结构简单、操作方便、测量精度不依赖于标准样品精度的优点。

技术领域

本发明涉及精密转台，特别是一种精密转台轴向与径向跳动测量装置和测量方法。

背景技术

精密转台在高精度精密仪器设备中有着广泛的应用；如定心车床、定心仪、轮廓仪、光机加工等设备中广泛采用了精密气浮转台。精密转台旋转过程中的径向、轴向跳动是衡量精密转台性能的重要参数。精密转台的径向、轴向跳动分为同步运动误差和异步运动误差，同步运动误差是多次测量的平均值，是精密转台的可重复系统误差，实现精确测量后能够在使用过程中进行前馈补偿；异步运动误差虽然并不是随机误差，但其周期不是转台旋转周期的整数倍。

精密转台的径向、轴向跳动的检测通常是通过在精密转台上放置标准小球等标准样品，采用杠杆千分尺、激光位移测量干涉仪、或电容传感器等高精度位移传感器对标准样品的位移量进行测试，从而实现精密转台的径向、轴向跳动的检测。但是，精密气浮转台的径向、轴向跳动已可以控制在100nm以下，传统的测量方法必须分离标准样品圆度偏差对测试结果的影响，需要通过翻转被测样品，或多角度平均，多传感器同时测量等不同方法分离标准样品圆度偏差的影响，操作和计算步骤复杂(见在先技术1，Shu Q,Zhu M,Liu X,ChengH.Radial Error Motion Measurement of Ultraprecision Axes of Rotation WithNanometer Level Precision.ASME.J.Manuf.Sci.Eng.2017,139(7):071017-071017-11.)。在转台测试领域，国内外科研人员在转台径向跳动误差与标准样品圆度偏差分离方面进行了大量的研究工作。

此外，XY两个方向的径向跳动至少需要用两个传感器同步测量，轴向跳动也至少需要另一个传感器进行测量，测量装置结构复杂。

在先技术2(王福全，王珏，陈刚，一种精密转台跳动检测装置及检测方法，发明专利申请201710084427.8)提出了一种精密转台跳动检测方法，通过平行光管聚焦点的变化实现精密转台跳动检测，在一定程度上避免了对标准样品的依赖。但是，该方法基于几何光学原理，实现高精度测量对仪器的装调、光路调试、信号处理提出了较高要求。

目前尚没有结构及操作简单，不需要分离标准样品圆度偏差的高精度精密转台轴向与径向跳动同时测量的测量装置及测量方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种精密转台轴向与径向跳动同步测量装置和测量方法，该装置具有结构简单、操作方便、测量精度不依赖于标准样品精度的优点。

本发明的技术解决方案如下：

一种精密转台轴向与径向跳动测量装置，其特点在于包括波面干涉测量仪、待测精密转台和反射球面光学元件；所述的波面测量干涉仪输出球面光波，入射至所述的反射球面光学元件的标准球面；

所述的反射球面光学元件是球面标准镜或标准反射球；所述的反射球面光学元件是球面标准镜时，所述的波面测量干涉仪输出球面光波的中心轴与待测精密转台的旋转轴平行；所述的反射球面光学元件是标准反射球时，所述的波面测量干涉仪输出球面光波的中心轴与待测精密转台的旋转轴平行或垂直；