一種三自由度精密激光檢測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及精密激光檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及XY Θ三自由度運動且偏轉(zhuǎn)中心非 固定的檢測裝置及檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光干涉儀因分辨率高、非接觸、受環(huán)境影響小、反應(yīng)靈敏等優(yōu)點廣泛應(yīng)用于各種 精密測量系統(tǒng)中，但傳統(tǒng)的線性測量激光尺無法滿足測量帶有偏轉(zhuǎn)運動的角位移和線位 移。
[0003]目前存在的激光干涉儀，如圖1所述，往往只能測單獨的平移運動，當(dāng)待測運動部 件帶有偏轉(zhuǎn)時則無法捕獲到反射光進行干涉測量。另外，傳統(tǒng)的角度編碼器適用于固定中 心的轉(zhuǎn)動角位移測量，而旋轉(zhuǎn)中心存在較大偏移的情況下則無法測量。
[0004] 因此，如何設(shè)計一種能夠同時高精度測量XY Θ三自由度運動且偏轉(zhuǎn)中心非固定 的檢測裝置，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了一種XY Θ三自由度精密激光檢測裝 置。本方案所提供的檢測手段采用現(xiàn)有的雙倍光程差激光尺，通過設(shè)計光路可實現(xiàn)XY Θ三 自由度精密激光檢測。本方案具有測量分辨率高，可測偏轉(zhuǎn)角度大，XY Θ位移同時測量的 優(yōu)點，特別是適用于轉(zhuǎn)動中心非固定的情況。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：
[0007] -種三自由度精密激光檢測裝置，包括：直角鏡架組件、X向過渡鏡架組件、Y向過 渡鏡架組件、激光尺A、激光尺B及激光尺C ;
[0008] 所述直角鏡架組件設(shè)置在運動平臺上，所述運動平臺設(shè)置在待測件固定底座上， 所述待測件固定底座的一個側(cè)面通過Y向過渡鏡架組件與激光尺C相連，和與激光尺C相 連的固定底座的一個側(cè)面相鄰的另一個固定底座的側(cè)面通過X向過渡鏡架組件分別與激 光尺B及激光尺A相連；三個不同的入射光路分別經(jīng)過對應(yīng)的激光尺、過渡鏡架組件及直角 鏡架組件形成參考光束及目標(biāo)光束，對參考光束及目標(biāo)光束進行處理得到相應(yīng)測點的運動 距離si、s2及s3,根據(jù)該運動距離si、s2及s3得運動平臺z向轉(zhuǎn)角θ z，運動平臺X向位 移X，運動平臺Y向運動位移y。
[0009] 所述三個不同的入射光路分別經(jīng)過對應(yīng)的激光尺、過渡鏡架組件及直角鏡架組件 形成參考光束及目標(biāo)光束，對參考光束及目標(biāo)光束進行處理得到相應(yīng)測點的運動距離si、 s2及s3,具體為；
[0010] 入射光路經(jīng)過激光尺A、直角鏡架組件、X向過渡鏡架組件形成參考光束及目標(biāo) 光束，參考光束與目標(biāo)光束相互干涉經(jīng)感光元件處理可實現(xiàn)測得A點延X方向運動距離為 si ；
[0011] 入射光路經(jīng)過激光尺B、直角鏡架組件、X向過渡鏡架組件形成參考光束及目標(biāo) 光束，參考光束與目標(biāo)光束相互干涉經(jīng)感光元件處理可實現(xiàn)測得B點延X方向運動距離為 s2 ；
[0012] 入射光路經(jīng)過激光尺C、直角鏡架組件、Y向過渡鏡架組件形成參考光束及目標(biāo)光 束，參考光束與目標(biāo)光束相互干涉經(jīng)感光元件處理可實現(xiàn)測得C點延Y方向運動距離為S3。
[0013] 所述根據(jù)該運動距離si、s2及s3得運動平臺z向轉(zhuǎn)角θ z，運動平臺X向位移X， 運動平臺Y向運動位移y，其計算公式為：
[0014]
[0015] 其中，A，B，C為待檢測點；A點，B點中點與平臺旋轉(zhuǎn)中心01點連線平行于X方向， 所述C點與平臺旋轉(zhuǎn)中心01點連線平行于Y方向；C點與01點距離為L，A點與B點距離為 d，A點延X方向運動距離為sl，B點延X方向運動距離為s2, C點延Y方向運動距離為S3。
[0016] 所述直角鏡架組件包括支撐架，所述支撐架的一個側(cè)面設(shè)置有第六鏡框，第六鏡 框上設(shè)置有兩個直角鏡，與第六鏡框所在側(cè)面相鄰的另一個支撐架的側(cè)面上設(shè)置有第七鏡 框及第八鏡框，所述第七鏡框及第八鏡框上也分別設(shè)置有兩個直角鏡。
[0017] 所述直角鏡為目標(biāo)鏡片。
[0018] 所述支撐架上設(shè)置有兩個方孔。
[0019] 所述第七鏡框及第八鏡框上也分別設(shè)置有兩個直角鏡，所述直角鏡的斜面相互平 行或共面；
[0020] 第六鏡框上設(shè)置有兩個直角鏡，所述直角鏡的斜面相互平行或共面。
[0021] 所述X向過渡鏡架組件包括X向鏡架，所述X向鏡架的上面上設(shè)置有第一鏡框及 第二鏡框，所述第一鏡框及第二鏡框上分別設(shè)置有一個平面鏡，所述X向鏡架的下面上設(shè) 置有第三鏡框，第三鏡框上從左至右依次設(shè)置有三個平面鏡。
[0022] 所述第三鏡框上從左至右依次設(shè)置有三個平面鏡，三個平面鏡為光路過渡鏡片。
[0023] 所述第一鏡框及第二鏡框上分別設(shè)置有一個平面鏡，平面鏡為參考鏡片。
[0024] 所述X向鏡架上設(shè)置有兩個方孔。
[0025] 所述Y向過渡鏡架組件包括Y向鏡架，所述Y向鏡架的上面上設(shè)置有第四鏡框，所 述第四鏡框上設(shè)置有一個平面鏡，所述Y向鏡架的下面上設(shè)置有第五鏡框，所述第五鏡框 上從左至右依次設(shè)置有二個平面鏡。
[0026] 所述Y向鏡架設(shè)置有一個方孔。方孔的作用在于激光穿過，入射和反射都經(jīng)過。
[0027] 所述第五鏡框上從左至右依次設(shè)置有二個平面鏡，二個平面鏡為光路過渡鏡片。
[0028] 所述第四鏡框上設(shè)置有一個平面鏡，平面鏡為參考鏡片。
[0029] 本發(fā)明的有益效果：
[0030] 1.本方案采用四倍頻（即光程差為移動距離的四倍）激光尺作為測量元件，經(jīng)光 路改變后因增加直角鏡可實現(xiàn)光程差倍增，即光程差為移動距離的八倍，使得測量分辨率 提高一倍，測量精度更高。
[0031] 2.本方案采用直角鏡作為目標(biāo)反射鏡，因為當(dāng)入射角垂直于直角鏡斜面時，直角 鏡反射光路與入射光路相互平行，而與入射角大小無關(guān)，所以當(dāng)待測運動件存在偏轉(zhuǎn)運動 時依然可測得運動位移。克服了平面反射鏡在存在偏轉(zhuǎn)條件下無法測量的缺陷。
[0032] 3.本方案為實現(xiàn)XY Θ三個方向位移同時測量，采用精確測量三個點線位移的方 式，轉(zhuǎn)角的測量可由計算間接得出，而非直接測量。
[0033] 4.激光尺A，激光尺B安裝在待測運動部件的同側(cè)，可消除因運動部件的轉(zhuǎn)動帶來 的直角鏡內(nèi)光程變化誤差值；激光尺A，激光尺B安裝在待測運動部件的異測則會倍增這種 誤差。
【附圖說明】
[0034] 圖1為現(xiàn)有激光尺原理圖；
[0035] 圖2為待測運動部件線位移及角位移變化模擬圖；
[0036] 圖3為XY Θ三自由度精密激光檢測原理圖；
[0037] 圖4為XY Θ三自由度精密激光檢測裝置實例圖；
[0038] 圖5a X向過渡鏡架組件俯視圖；
[0039] 圖5b X向過渡鏡架組件仰視圖；
[0040] 圖5c X向過渡鏡架組件三維示意圖；
[0041] 圖5d X向過渡鏡架組件正視圖；
[0042] 圖5e X向過渡鏡架組件側(cè)視圖；
[0043] 圖6a Y向過渡鏡架組件正視圖；
[0044] 圖6b Y向過渡鏡架組件側(cè)視圖；
[0045] 圖6c Y向過渡鏡架組件三維示意圖；
[0046] 圖7為直角鏡架組件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047] 圖中，1.激光尺C 2. Y向過渡鏡架組件3.待測件固定部分4.激光尺A 5.激光 尺B 6. X向過渡鏡架組件7.運動平臺8.直角鏡架組件，11.分束器，12.第一四分之一玻 片，13.目標(biāo)鏡片，14.參考鏡片，15.第二四分之一玻片，16.反光鏡，17.角錐鏡；
[0048] 6-1.第一鏡框，6-2.第一平面鏡Ml，6-3. X向鏡架，6-4.第二平面鏡M2,6-5.第二 鏡框，6-6.第五平面鏡M5,6-7.第三鏡框，6-8.第四平面鏡M4,6-9.第三平面鏡M3;
[0049] 2-1.第七平面鏡M7, 2-2.第七平面鏡M8, 2-3.第四鏡框，2-4. Y向鏡架，2-5.第六 平面鏡M6, 2-6.第五鏡框；
[0050] 8-1.第五直角鏡R5,8-2.第六直角鏡R6,8-3.第六鏡框，8-4.第七鏡框，8-5.第 四直角鏡R4,8-6.第三直角鏡R3,8-7.第八鏡框8-8.第二直角鏡R2,8-9.第一直角鏡Rl， 8-10支撐架；
[0051 ] 圖3中：Ml代表第一平面鏡Ml，M2代表第二平面鏡M2，M3代表第三平面鏡M3，M4 代表第四平面鏡M4，M5代表第五平面鏡M5，M6代表第六平面鏡M6，M7代表第七平面鏡M7， M8代表第八平面鏡M8, Rl代表第一直角鏡Rl，R2代表第二直角鏡R2, R3代表第三直角鏡 R3, R4代表第四直角鏡R4, R5代表第五直角鏡R5, R6代表第六直角鏡R6。
【具體實施方式】：
[0052] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明：
[0053] -種XY Θ三自由度精密激光檢測裝置實例，其結(jié)構(gòu)如圖3-4所示，包括：激光尺 Cl，Y向過渡鏡架組件2,待測件固定部分3,激光尺A4激光尺B 5, X向過渡鏡架組件6,運 動平臺7,直角鏡架組件8。
[0054] 如圖7所示，直角鏡架組件8包括：第五直角鏡R5 (8-1)，第六直角鏡R6 (8-2)，第 六鏡框（8-3)，第七鏡框（8-4)，第四直角鏡R4 (8-5)，第三直角鏡R3 (8-6)，第八鏡框（8-7)， 第二直角鏡R2 (8-8)，第一直角鏡Rl (8-9)，支撐架（8-10)。
[0055] 如圖5a_5e所示，X向過渡鏡架組件6包括：第一鏡框（6-1)，第一平面鏡Ml (6-2)， X向鏡架（6-3)，第二平面鏡M2 (6-4)，第二鏡框（6-5)，第五平面鏡M5 (6-6)，第三鏡框 (6-7)，第四平面鏡M4 (6-8)，第三平面鏡M3 (6-9)。
[0056] 如圖6a_6c，Y向過渡鏡架組件2包括；第七平面鏡M7 (2-1)，第八平面鏡M8 (2-2)， 第四鏡框（2-3)，Y向鏡架（2-4)，第六平面鏡M6 (2-5)，第五鏡框（2-6)。
[0057] 直角鏡架組件8與運動平臺7相連；X向過渡鏡架組件6與待測件固定部分3相 連；Y向過渡鏡架組件2與待測件固定部分3相連。
[0058] 第一平面鏡MU6-2)，第二平面鏡M2 (6-4)，第三平面鏡M3 (6-9)，第四平面鏡 M4 (6-8)，第五平面鏡M5 (6-6)分別與X向過渡鏡架支撐相連。
[0059] 第一直角鏡R18-9)，第二直角鏡R2(8-8)，第三直角鏡R3(8-6)，第四直角鏡 R4 (8-5)，第五直角鏡R5 (8-1)，第六直角鏡R6 (8-2)分別與直角鏡架支撐相連。
[0060] 第六平面鏡M6 (2-5)，第七平面鏡M7 (2-1)，第八平面鏡M8 (2-2)分別與Y向過渡 鏡架支撐相連。
[0061] 第一