[发明专利]一种激光准直收发一体式直线度测量的标定系统及方法

权利要求书

1.一种激光准直收发一体式直线度测量的标定系统，其特征在于，包括直线度测量机构、激光干涉仪激光头(7)、激光干涉仪干涉镜(8)、激光干涉仪角锥棱镜(9)和位移台(12)，所述直线度测量机构由激光器(1)、二维位置探测器(2)、固定端基座(3)和角锥棱镜(4)组成，激光器(1)和二维位置探测器(3)均固定在固定端基座(3)上，激光器(1)的出射激光(5)照射到角锥棱镜(4)，经过角锥棱镜(4)后的回射激光(6)照射到二维位置探测器(2)上，所述角锥棱镜(4)放置于位移台(12)上；

激光干涉仪角锥棱镜(9)放置于位移台(12)上，位移台(12)能够沿x方向水平移动，激光干涉仪激光头(7)的出射激光(10)与坐标系x方向平行并照射到激光干涉仪角锥棱镜(9)上，经过激光干涉仪角锥棱镜(9)的回射激光(11)被激光干涉仪激光头(7)接收，激光干涉仪干涉镜(8)放置在激光干涉仪激光头(7)与激光干涉仪角锥棱镜(9)之间，使激光干涉仪激光头(7)内激光干涉从而实现位移台(12)的位移测量；位移台(12)沿x方向运动能够实现标定二维位置探测器(2)的x方向，将二维位置探测器(2)旋转90°后能够实现标定二维位置探测器(2)的z方向。

2.基于激光准直收发一体式直线度测量的高精度标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：搭建基于激光准直收发一体式直线度测量的标定系统结构；

步骤二：建立基于激光准直收发一体式直线度测量标定系统结构的误差模型；具体步骤如下：

(201)计算阿贝误差；位移台沿x轴运动时，存在三个角度误差，分别是绕x方向旋转的ε_xx、绕y方向旋转的ε_yx、绕z方向旋转的ε_zx；存在三个阿贝偏位，分别是x方向阿贝偏位L_xx、y方向阿贝偏位L_yx、z方向阿贝偏位L_zx；当位移台移动时，角度ε_zx、ε_yx和阿贝偏位L_yx、L_zx造成的阿贝误差δ_xx1用(1)表示；

δ_xx1＝-ε_zxL_yx+ε_yxL_zx (1)

(202)计算角锥棱镜平行平板效应带来的误差；角锥棱镜有三个反射面，将角锥棱镜按照激光经过反射面的先后顺序展开，激光经过角锥棱镜等效看成经过平行平板，角锥棱镜的高度为h，则平行平板的厚度为2h；

角锥棱镜平行平板效应带来的误差为δ_xx2，用式(2)表示，其中n表示角锥棱镜的折射率；

其中，O₁点为角锥棱镜的激光入射表面中心，O₂为激光干涉仪角锥棱镜的激光入射表面中心，O₁O₁′为平行平板未旋转时的中心线，O₁O₁″为平行平板旋转后的中心线，A点为激光器的出射激光在平行平板表面的入射点，A′点为激光器的回射激光在未旋转平行平板表面的出射点，A″点为激光器的回射激光在旋转后平行平板表面的出射点，|O₁O₁″|_x为O₁′点与O₁″点在x方向的距离；|A′A″|_x为A′点与A″点在x方向的距离；Δx_l为角锥棱镜旋转后激光器的回射激光在x方向的平移距离。

(203)计算总的标定系统误差模型δ_xx，由标定时的阿贝误差δ_xx1与角锥棱镜平行平板效应带来的误差δ_xx2组成，用式(3)表示；

步骤三：调节阿贝偏位大小，令L_zx＝0、从而使标定系统误差为0，进而提高标定精度。

3.根据权利要求2所述基于激光准直收发一体式直线度测量的高精度标定方法，其特征在于，步骤三中通过在激光干涉仪角锥棱镜下方放置垫块，使得L_zx＝0，沿y方向调整激光干涉仪角锥棱镜使得