[发明专利]基于光学自由曲面的多轴系统误差建模及测量装置和方法

摘要

本发明属于多轴系统检测领域，为提供一种可实现高精度、低成本，能综合测量多轴系统几何误差的测量新方法。将光学自由曲面作为多轴系统误差测量标准件，通过相应的误差建模方法规划多轴系统误差测量路径，利用多维位移测量系统对光学自由曲面的探测，实现多轴系统几何误差的综合测量，进而用于对多轴系统几何误差的补偿。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是，基于光学自由曲面的多轴系统误差建模及测量装置和方法，包括：半导体激光器、准直缩束系统、四象限光电二极管QPD、成像透镜、1/4波片、光学自由曲面标准件、偏振分光棱镜PBS、图像探测器CCD、另一成像透镜及数据采集和处理平台。本发明主要应用于多轴系统检测。

主权项

一种基于光学自由曲面的多轴系统误差建模及测量装置，其特征是，包括：半导体激光器、准直缩束系统、四象限光电二极管QPD、成像透镜、1/4波片、光学自由曲面标准件、偏振分光棱镜PBS、图像探测器CCD、另一成像透镜及数据采集和处理平台；半导体激光器发出的细直光束经准直缩束系统准直缩束为直径200μm的细直平行光束，光束经偏振分光棱镜PBS透射出P偏振光，再经1/4波片成为圆偏振光投射到光学自由曲面标准件上，光学自由曲面标准件反射出的反射光经1/4波片成为S偏振光，经偏振分光棱镜PBS反射再由成像透镜汇聚到四象限光电二极管QPD上，当光学自由曲面标准件沿X或Y向移动时，激光投射点处的斜率随之发生变化，从而使得成像光斑在四象限光电二极管QPD上的位置发生改变，光斑在四象限光电二极管QPD上的位置和光斑投射在光学自由曲面标准件上的位置有一一对应的关系，从而实现X，Y向位移的测量；光学自由曲面标准件上的散射光经另一成像透镜成像到图像探测器CCD上，当光学自由曲面标准件产生Z向位移时，成像到CCD上的光斑随之发生变化，而且两者之间有一一对应的关系，从而实现Z向位移的测量。