[发明专利]精密转台轴向与径向跳动测量装置和测量方法

摘要

一种精密转台轴向与径向跳动测量装置和测量方法，测量装置包括波面测量干涉仪、待测精密转台和反射球面光学元件；所述的反射球面光学元件安装在待测精密转台上，待测精密转台的旋转轴通过反射球面光学元件的标准球面的曲率中心；通过波面测量干涉仪测量结果是Fringe Zernike多项式第Z2(X倾斜)、Z3(Y倾斜)，和Z4(离焦)项的系数，计算反射球面光学元件曲率中心与波面测量干涉仪输出球面光波的汇聚中心间的偏离，精确得到待测精密转台轴向与径向跳动。本发明具有装置结构简单、操作方便、测量精度不依赖于标准样品精度的优点。

主权项

1.一种精密转台的轴向与径向跳动的测量方法，其特征在于该方法包括下列步骤：1)将反射球面光学元件(3)置于待测精密转台(2)上，使待测精密转台的旋转轴通过所述的反射球面光学元件的标准球面的曲率中心；使波面测量干涉仪(1)输出球面光波的汇聚中心在所述的反射球面光学元件(3)的标准球面的曲率中心附近，使经所述的反射球面光学元件(3)的标准球面反射的反射光返回所述的波面测量干涉仪(1)，并与所述的波面测量干涉仪(1)的参考光干涉，形成的干涉条纹需能够由所述的波面测量干涉仪(1)正确计算干涉相位；将所述的待测精密转台旋转一周分为N等分的旋转角，记为θ_i，其中i＝1,2,3，…，N，N为正整数，θ₁＝0°；2)将所述的待测精密转台旋转至初始位置，即使得θ_i＝θ₁，即0°角位置；3)使用所述的波面测量干涉仪(1)对所述的反射球面光学元件的标准球面进行测量，对所述的反射球面光学元件的标准球面波面测量结果求取Fringe Zernike多项式的第Z2、Z3和Z4项系数，按式(1)计算当前旋转角位置θ_i反射球面光学元件的标准球面的曲率中心与波面测量干涉仪输出球面光波的汇聚中心之间的偏离量：其中，δz_i是沿波面测量干涉仪输出球面光波的中心轴方向的偏离量，即z坐标方向的偏离量；δx_i是沿波面测量干涉仪输出球面光波横截面x坐标方向的偏离量；δy_i是沿波面测量干涉仪输出球面光波横截面y坐标方向的偏离量；x、y、z坐标分别与待测精密转台的轴向和径向两个正交方向中的一个方向对应；a_{2_i}、a_{3_i}、a_{4_i}分别为第i次波面测量结果的Fringe Zernike多项式的第Z2、Z3，和Z4项的系数；f_Num是所述的波面测量干涉仪接收到的有效干涉条纹区域对应的波面测量干涉仪输出球面光波的F数；4)如果所述的待测精密转台的当前转角位置为θ_N，则获得了完整的一组所述的反射球面光学元件(3)的标准球面的曲率中心的位置变化δx_i，δy_i，δz_i，i＝1,2,3，…，N测量结果，进入步骤5)；否则将所述的待测精密转台旋转至下一个旋转角位置，即使得θ_i＝θ_i+1，返回步骤3)；5)重复步骤2)～4)共M次，M为正整数；共得到M组所述的反射球面光学元件(3)的标准球面的曲率中心的位置变化δx_i，δy_i，δz_i测量结果；6)求取M组δx_i，δy_i，δz_i的平均值，记为该三组坐标方向数据中，待测精密转台轴向方向的值即为待测精密转台的同步轴向跳动；在待测精密转台径向方向的值包含了反射球面光学元件安装偏心误差，和待测精密转台的同步径向跳动，采用现有的标准件安装偏心与径向跳动数据分离方法得到待测精密转台同步径向跳动的测量结果。