[发明专利]用于多几何误差量测量的光学装置、干涉系统及光学测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及精密机床及精密复杂机械装备几何量误差测量，尤其涉及一种用于多几何误差量测量的光学装置、干涉系统及光学测量方法。

背景技术

随着现代加工技术和高端装备精密制造业的的发展，对数控机床的加工精度要求越来越高。为了能够生产装配出满足生产需求的高精度精密机床，并且使机床保持高精密状态。对机床几何误差量的检测将成为无法回避的问题。只有检测出机床的几何误差，才能确认生产的机床是否满足要求，并且才可以进一步提高机床的加工精度，或者对现有机床的系统误差进行补偿。

一般来说，装调机床的过程需要对各项几何误差进行检测，以装调到设计精度。机床出厂需要对机床整体误差进行检测，以确认整机性能。在机床的使用过程中，需要定期对机床的几何误差进行检测，以确保机床加工精度没有发生漂移。按照现有的精密机床几何误差检测手段，一次只能检测一个误差量，每次检测都需要对检测仪器作精密状态。而对于高精密数控机床，其误差量至少要检测21项，因此。完整的检测完机床的各个误差量，所需要的时间十分冗长（甚至2-3天）。由于精密机床十分昂贵，因此造成的隐性成本十分可观。

历史上，人们一直企图解决这一问题，并发展出了许多光学测量方法和技术。概括起来包括：传统的光学方法，基于光的衍射的方法，基于激光追踪的方法和激光干涉与激光准直相结合的方法。其中，基于激光干涉和激光准直目前应用的最先进的方法，并有人申请了相关专利。如US5798828 “激光五轴位置测量系统”（laser aligned five-axis position measurement device），US5900938 “快速校正机床工具的激光测量系统”（Laser measurement system for rapid calibration of machine tool）, US6316779“具有位相检测灵敏度的转角和位移测量”（Rotation and translation measurement with phase sensitive detection）。美国的API公司申请的专利CN97191384.6 “五轴/六轴测量系统，”但是该系统的除位移外的其他物理量实际上由位移传感器PSD检测，并不能做到可溯源，精度权威性低。并且传感头需要有源器件进行信号传输，其发热影响测量精度。

有鉴于此，现有技术中急需要一种新的用于多几何误差量测量的光学装置和方法。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种用于多几何误差量测量的光学装置、干涉系统及光学测量方法，能缩短检测时间，提高检测效率。

为了实现上述发明目的，本发明公开一种用于多几何误差量测量的光学装置，该光学装置由一干涉光学镜组和一反射光学镜组构成，该干涉光学镜组包括：第一光学单元，用于测量位移X及角度Rx，Ry，Rz；第二光学单元，用于测量直线度?Y和测量直线度?Z；基座组件，用于与该第一、第二光学单元连接；该反射镜组用于将来自该干涉光学镜组的光束原路返回且与入射光分开一定距离。

更进一步地，该入射光进入第一光学单元被等分为五份，其中的三份光形成与X轴平行的第一入射光、第二入射光及第三入射光，利用该第一、第二、第三入射光获得位移X及角度Rx，Ry，Rz；余下两份光分别进入第二光学单元用于测量直线度?Y和测量直线度?Z。

更进一步地，该干涉光学镜组包括四组分光组件，一偏振分光棱镜组件，三组角锥棱镜组件和两组沃拉斯顿棱镜组件。该四组分光组件均由一三角棱镜组件和一平行四边形棱镜组件组成，该平行四边形棱镜组件的其中一个斜面与该三角棱镜组件的一个侧面用物理方法或其它方法胶合。该三角棱镜组件和该平行四边形棱镜组件的紧邻面均设置一消偏振分光膜，该平行四边形棱镜组件反射光面镀高反膜，其他工作面镀抗反射膜。该四组分光组件的设置的该消偏振分光膜的消偏振分光膜比分别为4：1，3：1，2：1，1：1。

更进一步地，该偏振分光棱镜组件由两个三角棱镜组成，该两个三角棱镜的侧面用物理方法或其它方法胶合。该两个三角棱镜的紧邻面镀高消光比偏振分光膜，其余工作面镀抗反射膜。

更进一步地，该三组角锥棱镜组件的入射面均镀抗反射膜，反射面均镀消偏振反射膜。

更进一步地，该两组沃拉斯顿棱镜组件的工作面均镀抗反射膜。

更进一步地，该反射光学镜组包括三组直线度反射镜组件和三组角锥棱镜反射组件。该三组直线度反射镜组件的反射面镀高反膜，该三组角锥棱镜反射组件的入射面镀抗反射膜，反射面镀消偏振反射膜。