[发明专利]一种可提供位置和角度基准的光学基准件的标定方法

说明书

本发明涉及一种可提供位置和角度基准的光学基准件的标定方法，待标定的光学基准件的表面加工有旋转抛物面阵列，所采用的设备包括辅助运动台，光学位置读数头和激光干涉仪。采用以下的步骤：干涉镜组和反射镜选择直线度测量镜组使所述光学位置读数头在运动轴的携带下移动到基准件抛物面阵列的基准点P(1,1)范围内，记录系统标定的零位点；标定基准行上各抛物面中心距基准点P(1,1)的y方向距离；标定基准列上各抛物面中心距基准点P(1,1)的x方向距离；以基准列第i行抛物面P(i,1)为起始点，标定第i行抛物面P(i,j)距P(i,1)在x方向上的距离x(i,j)；以基准行第j列抛物面P(1,j)为起始点，标定第j列抛物面P(i,j)距P(1,j)在y方向上的距离y(i,j)；得到抛物面阵列上各点距基准点的距离标定矩阵。

技术领域

本发明涉及一种光学基准件的标定方法，特别是一种可提供位置和角度基准的光学基准件的标定方法。

背景技术

光学自由曲面具有很大的加工自由度，加工精度高，可以用作测量的基准件。如光学旋转抛物面具有表面斜率变化与位置变化成线性关系的特点，可以用于对位置的测量。目前成熟的加工技术中，对单个光学旋转抛物面的面型及表面粗糙度的加工具有很高的精度，光学旋转抛物面用于测量时往往采用多个抛物面排布组合成阵列的方式使用，而目前的加工技术中对各个抛物面之间的中心间距定位精度不高或需要付出很大的加工代价。而测量系统整体精度的提高同时依赖于单个旋转抛物面的加工精度和多个抛物面间距的定位精度。

在许多应用场合，例如数控机床、多轴位移台的运动检测需要使用位置基准和角度基准进行测量。使用光学自由曲面加工技术设计加工一种可提供位置和角度基准的光学基准件用于测量检测。由于各个旋转抛物面型的排布加工过程中，各个旋转抛物面的中心与设计的理论位置将存在偏差，以及基准件在长期的使用中受到外界环境条件的影响发生微小变形，各个特征点间的间距也将与设计值产生偏差，因此仅用旋转抛物面间的设计间距和角度作为基准对被测量系统的位置及角度进行测量是不正确的，实际加工出的抛物面间距和角度与理论设计的间距和角度必然不同，因此需要对实际加工出的基准件上的各个抛物面特征间距和角度进行标定，进而提高使用该标准件对被测系统位置和角度量测量的准确性和精度。

中国专利申请CN2017103981012公布了一种基于曲面基准的二维位移测量方法，该专利中提及的曲面基准即为旋转抛物面，光学旋转抛物面上点的坐标与其所在的切线的夹角具有一一对应的特征，本专利申请实施例提及的光学基准件与该专利提及的光学旋转抛物面相同，但本专利申请公布的标定方法不限于对旋转抛物面，其他具有类似的自由曲面特征的光学基准件标定方法与此基本一致。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种可提供位置和角度基准的光学基准件的标定方法，采用该方法消除旋转抛物特征面加工定位误差，为位置和角度检测提供基准数据。本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：