[发明专利]一种验证激光追踪测量系统标准球面反射镜减小轴系跳动误差方法

权利要求书

1.一种验证激光追踪测量系统标准球面反射镜减小轴系跳动误差方法，其特征在于：

经光纤准直器(1)射出的相干光束被第一分光棱镜(2)透射和反射，对应作为透射光束和反射光束；透射光束作为参考光束照射在光电接收器(6)上；反射光束经透镜(7)的会聚，照射在标准球面反射镜(9)的外表面；经过标准球面反射镜(9)的发散反射后，被透镜(7)变为平行光束；该平行光束透射过第一分光棱镜(2)和第二分光棱镜(3)后，照射到靶镜(4)上；经过靶镜(4)反射后的平行光束一部分被第二分光棱镜(3)反射，照射到四象限传感器(5)上，使之产生用于控制两轴系电机回转的电信号；透射过第二分光棱镜(3)的光束，被第一分光棱镜(2)反射，作为测量光束与参考光束形成干涉，干涉条纹由光电接收器(6)接收；四象限传感器(5)产生的电信号控制两轴系的回转运动；水平轴(12)在回转过程中，使精密轴承(13)产生沿轴线方向的轴向跳动和垂直轴线方向的径向跳动；垂直轴(14)在回转的过程中，使精密转台(11)产生沿轴线方向的轴向跳动和垂直轴线方向的径向跳动；由于标准球面反射镜直接与底板固连，不参与回转运动，两轴系的跳动误差会直接改变激光束照射在标准球面反射镜外表面上的位置，使光束偏离标准球面反射镜的球心；激光束的传播方向和测量光束的光程会受影响；

垂直回转轴和水平回转轴一共产生四项跳动误差，即垂直回转轴轴向跳动、垂直回转轴径向跳动、水平回转轴轴向跳动和水平回转轴径向跳动；标准球面反射镜不参与运动，并且两回转轴系和标准球面反射镜之间的运动是相对的，因此假设两回转轴系固定不动，标准球面反射镜存在着两种运动，即垂直激光束光轴方向的跳动和沿激光束光轴方向的跳动。

2.根据权利要求1所述的一种验证激光追踪测量系统标准球面反射镜减小轴系跳动误差方法，其特征在于：两轴系沿光电接收器(6)、第一分光棱镜(2)，第二分光棱镜(3)、透镜(7)和光纤准直器(1)沿垂直光轴的跳动方向上的跳动能够转换为标准球面反射镜和靶镜同时沿靶镜(4)和标准球面反射镜(9)沿垂直光轴的相对跳动方向靶镜(4)和标准球面反射镜(9)沿垂直光轴的相对跳动方向上的跳动；利用干涉仪、光阑、透镜、标准球面反射镜和纳米定位平台简化上述运动，并且能够找到标准球面反射镜的跳动与激光干涉测量之间的关系；激光干涉仪发出的光束通过光阑小孔，透射过透镜；调节透镜光轴与激光束轴线同轴，并且调节标准球面反射镜的位置，使激光束照射到标准球面反射镜外表面中心位置；要求透镜焦点在标准球面反射镜的球心位置；被标准球面反射镜反射回的激光束与激光干涉仪内部的测量光束形成干涉；利用纳米定位平台沿垂直激光束光轴方向微小移动标准球面反射镜来模拟两回转轴系沿垂直激光束光轴方向的跳动，同时观察激光干涉仪读数。

3.根据权利要求1所述的一种验证激光追踪测量系统标准球面反射镜减小轴系跳动误差方法，其特征在于：两轴系沿光电接收器(6)、第一分光棱镜(2)，第二分光棱镜(3)、透镜(7)和光纤准直器(1)沿光轴的跳动方向上的跳动能够转换为标准球面反射镜和靶镜同时沿靶镜(4)和标准球面反射镜(9)沿光轴的相对跳动方向靶镜(4)和标准球面反射镜(9)沿垂直光轴的相对跳动方向上的跳动；而标准球面反射镜和靶镜同时沿靶镜(4)和标准球面反射镜(9)沿光轴的相对跳动方向靶镜(4)和标准球面反射镜(9)沿垂直光轴的相对跳动方向上的跳动，又能够转换为透镜沿光电接收器(6)、第一分光棱镜(2)，第二分光棱镜(3)、透镜(7)和光纤准直器(1)沿光轴的跳动方向上的跳动；利用干涉仪、光阑、透镜、标准球面反射镜和纳米定位平台简化上述运动，并且能够找到标准球面反射镜的跳动与激光干涉测量之间的关系；激光干涉仪发出的光束通过光阑小孔，透射过透镜；调节透镜光轴与激光束轴线同轴，并且调节标准球面反射镜的位置，使激光束照射到标准球面反射镜外表面中心位置；要求透镜焦点在标准球面反射镜的球心位置；被标准球面反射镜反射回的激光束与激光干涉仪内部的测量光束形成干涉；利用纳米定位平台沿激光束光轴方向微小移动透镜来模拟两回转轴系沿激光束光轴方向的跳动，同时观察激光干涉仪读数。

4.根据权利要求1所述的一种验证激光追踪测量系统标准球面反射镜减小轴系跳动误差方法，其特征在于：该方法由以下步骤组成：

S1：将激光干涉仪固定在光学平台上，微调激光干涉仪姿态，使激光束方向与光学平台平行；在激光干涉仪前端固定光阑，光阑后面固定透镜；通过调节三维滑台确定透镜在空间的位置，保证透镜光轴与激光束共轴线；为了减小激光干涉仪的死区误差，使光阑和透镜尽量安装在靠近激光干涉仪的位置；在透镜焦点附近安装一个纳米定位平台，并将标准球面反射镜固定在纳米定位平台上，标准球面反射镜球心位于透镜焦点处；通过微调标准球面反射镜的空间位置，调整反射光经过光阑入射到激光干涉仪内部，与干涉仪内部的测量光束形成干涉；纳米定位平台移动，观察干涉仪读数，将激光干涉仪读数最小值位置作为标准球面反射镜的零点位置；利用纳米定位平台沿垂直激光束光轴方向微小移动标准球面反射镜来模拟两回转轴系沿垂直激光束光轴方向的跳动；纳米定位平台以一定步长，分别向正反两个方向移动一定距离，记录激光干涉仪读数；

S2：将激光干涉仪固定在光学平台上，微调激光干涉仪姿态，使激光束方向与光学平台平行；在激光干涉仪前端固定光阑，光阑后面安装一个纳米定位平台，并将透镜固定在纳米定位平台上；通过调节纳米定位平台确定透镜在空间的位置，保证透镜光轴与激光束共轴线；为了减小激光干涉仪的死区误差，使光阑和透镜尽量安装在靠近激光干涉仪的位置；在透镜焦点附近安装一个三维滑台，并将标准球面反射镜固定在三维滑台上，标准球面反射镜球心位于透镜焦点处；通过微调标准球面反射镜的空间位置，调整反射光经过光阑入射到激光干涉仪内部，与干涉仪内部的测量光束形成干涉；沿垂直于激光束光轴方向微动三维滑台，观察干涉仪读数，将激光干涉仪读数最小值位置作为标准球面反射镜的零点位置；纳米定位平台移动，观察干涉仪读数；利用纳米定位平台沿激光束光轴方向微小移动透镜来模拟两回转轴系沿激光束光轴方向的跳动；纳米定位平台以一定步长，分别向正反两个方向移动一定距离，记录激光干涉仪读数。