[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

说明书

本发明公开了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，提供了一种基于相对运动思想的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的手段。该方法转变了激光追踪测量系统中标准球面反射镜与垂直回转轴系和水平回转轴系的运动关系，即两回转轴系固定不动，以标准球面反射镜在空间的微动代替两回转轴系的跳动。根据激光干涉仪的读数变化判断轴系跳动误差对激光追踪测量系统激光干涉测长结果的影响。实验表明，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简化了实验流程，并得出了激光追踪测量系统使用的标准球面反射镜具有减小轴系跳动误差作用的结论。

技术领域

本发明涉及一种激光测量领域，特别涉及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。

背景技术

激光追踪测量系统是工业测量领域中一种高精度的大尺寸测量系统。具有测量空间大、测量效率高、测量精度高、操作简单等特点，类似于便携式三坐标测量机，并广泛应用于船舶制造、汽车制造、飞行器制造等领域。激光追踪测量系统主要由能够实现自动跟踪的二维回转机构和干涉测长系统组成。传统的商业激光跟踪仪利用平面镜作为仪器内部的反射装置，难以避免由两轴电机回转时的振动和游动所引入的测量误差。这些误差是无法补偿的，从而降低了激光跟踪仪的测量精度。鉴于此，以标准球为反射装置的激光追踪测量系统应运而生。以标准球为反射装置的激光追踪测量系统使用亚微米球度的球面反射镜代替传统激光跟踪仪的平面反射镜，在增大了角度测量空间的基础上，减小了轴系跳动误差为激光追踪测量系统激光干涉测长结果引入的误差。

发明内容

本发明的目的在于验证激光追踪测量系统使用的标准球面反射镜具有减小轴系跳动误差的作用，提供了一种基于相对运动思想的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的方法。

如图1所示，激光追踪测量系统局部结构以及测量原理如下：

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。

如图2所示，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。

验证上述两回转轴系沿垂直激光束光轴方向的跳动和沿激光束光轴方向的跳动对激光追踪测量系统激光干涉测量结果的影响分为以下两个步骤：