【技术实现步骤摘要】
六维测量装置及方法
[0001]本专利技术涉及精密测量领域，特别涉及六维测量装置及方法。
技术介绍
[0002]测量系统中以光栅栅距为基准进行测量，不仅可以降低成本、减少环境影响、提高精度，而且还可以实现多维度测量和小型化设计，可满足测量的需求，所以基于一维光栅的测量装置在国内外有很多研究，包括基于一维光栅垂直入射、截面入射、自准直角入射等，不过同样因为一维光栅的限制，并不能同时实现多维度和高精度测量。
[0003]基于以上问题，在国内外开始研究基于二维光栅的测量装置，中国台湾的Hsieh团队采用半反射半透射的二维光栅和两个快轴呈45
°
和145
°
放置的半波片实现准共光路的外差光栅测量系统设计，该测试系统的位移和角度分辨率分别为2nm和0.05μrad，在10min内面外检测稳定性优于30nm，面内检测稳定性优于40nm，测试系统不仅对光栅要求高，而且同时加入三路一样的测量结构，极大增加了调节难度和安装难度。
[0004]现如今，基于角锥棱镜和直角棱镜的二次衍射和基于衍射光的二级衍射均会增加光学细分，可高倍光学细分倍数普遍最高可达4倍，随着超精密测量发展，低倍光学细分无法实现超精密的检测需求，而高精度又无法同时满足多维度的测量需求。
技术实现思路
[0005]本专利技术为解决上述问题，提供六维测量装置及方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下具体技术方案：
[0007]一种六维测量装置，包括：用于测量竖直位移的竖直位移
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种六维测量装置，其特征在于，包括：用于测量竖直位移的竖直位移测量单元(1)、用于测量水平位移的水平位移测量单元(2)、用于测量角度变化的角度测量单元(3)、用于产生测量用衍射光的二维光栅(4)、用于提供入射光的单频激光器(5)、用于进行计算的处理器单元；所述二维光栅(4)与待测物体固定连接，所述单频激光器(5)发出的单频激光的出射方向与所述二维光栅(4)所在平面的法线之间为锐角夹角，作为入射光射入所述二维光栅(4)产生衍射，衍射光射入所述竖直位移测量单元(1)、所述水平位移测量单元(2)和所述角度测量单元(3)，所述衍射光包括(0，0)级、(0，1)级、(0，
‑
1)级、(1，1)级、(1，
‑
1)级、(
‑
1，1)级、(
‑
1，
‑
1)级、(1，0)级、(
‑
1，0)级衍射光，当所述二维光栅(4)的位置发生改变时，所述衍射光的形态发生改变；所述竖直位移测量单元(1)、所述水平位移测量单元(2)和所述角度测量单元(3)分别用于接收所述衍射光，并将所述衍射光的数据传递至所述处理器单元，所述处理器单元根据接收的数据，计算得到所述二维光栅(4)的竖直位移、水平位移和角度变化；所述竖直位移测量单元(1)包括用于接收所述入射光和所述衍射光的竖直光电探测器组，所述水平位移测量单元(2)包括用于接收所述衍射光的水平光电探测器组，所述角度测量单元(3)包括用于接收所述衍射光的位置探测器组。2.如权利要求1所述的六维测量装置，其特征在于，所述竖直位移测量单元(1)还包括用于组成所述入射光和所述衍射光的光路的竖直光学器件组；所述竖直光电探测器组与所述处理器单元电连接；所述入射光和所述衍射光经过所述竖直光学器件组，射入所述竖直光电探测器组，所述处理器单元根据射入所述竖直光电探测器组的所述入射光和所述衍射光的能量变化，计算得到所述二维光栅(4)的竖直位移。3.如权利要求2所述的六维测量装置，其特征在于，所述竖直光电探测器组包括第一光电探测器(1
‑
6)、第二光电探测器(1
‑
7)、第三光电探测器(1
‑
10)、第四光电探测器(1
‑
11)；所述竖直光学器件组包括第一分光棱镜(1
‑
1)、第二分光棱镜(1
‑
3)、第一偏振分光棱镜(1
‑
5)、第二偏振分光棱镜(1
‑
9)、第一反射镜(1
‑
2)、第一四分之一波片(1
‑
4)、第二四分之一波片(1
‑
8)；所述入射光经过所述第一分光棱镜(1
‑
1)透射至所述二维光栅(4)产生衍射；所述入射光依次经过所述第一分光棱镜(1
‑
1)反射、所述第一反射镜(1
‑
2)、所述第二分光棱镜(1
‑
3)透射、所述第一四分之一波片(1
‑
4)、所述第一偏振分光棱镜(1
‑
5)反射，射入所述第一光电探测器(1
‑
6)；所述入射光依次经过所述第一分光棱镜(1
‑
1)反射、所述第一反射镜(1
‑
2)、所述第二分光棱镜(1
‑
3)透射、所述第一四分之一波片(1
‑
4)、所述第一偏振分光棱镜(1
‑
5)透射，射入所述第二光电探测器(1
‑
7)；所述入射光依次经过所述第一分光棱镜(1
‑
1)反射、所述第一反射镜(1
‑
2)、所述第二分光棱镜(1
‑
3)反射、所述第二四分之一波片(1
‑
8)、所述第二偏振分光棱镜(1
‑
9)反射，射入所述第三光电探测器(1
‑
10)；所述入射光依次经过所述第一分光棱镜(1
‑
1)反射、所述第一反射镜(1
‑
2)、所述第二分光棱镜(1
‑
3)反射、所述第二四分之一波片(1
‑
8)、所述第二偏振分光棱镜(1
‑
9)透射，射入所述第四光电探测器(1
‑
11)；
所述(0，0)级衍射光依次经过所述第二分光棱镜(1
‑
3)反射、所述第一四分之一波片(1
‑
4)、所述第一偏振分光棱镜(1
‑
5)反射、射入所述第一光电探测器(1
‑
6)；所述(0，0)级衍射光依次经过所述第二分光棱镜(1
‑
3)反射、所述第一四分之一波片(1
‑
4)、所述第一偏振分光棱镜(1
‑
5)透射、射入所述第二光电探测器(1
‑
7)；所述(0，0)级衍射光依次经过所述第二分光棱镜(1
‑
3)透射、所述第二四分之一波片(1
‑
8)、所述第二偏振分光棱镜(1
‑
9)反射、射入所述第三光电探测器(1
‑
10)；所述(0，0)级衍射光依次经过所述第二分光棱镜(1
‑
3)透射、所述第二四分之一波片(1
‑
8)、所述第二偏振分光棱镜(1
‑
9)透射、射入所述第四光电探测器(1
‑
11)。4.如权利要求3所述的六维测量装置，其特征在于，所述水平位移测量单元(2)还包括用于组成所述衍射光的光路的水平光学器件组；所述水平光电探测器组与所述处理器单元电连接；所述衍射光经过所述水平光学器件组，射入所述水平光电探测器组，所述处理器单元根据射入所述水平光电探测器组的所述衍射光的频率信号，计算得到所述二维光栅(4)的水平位移。5.如权利要求4所述的六维测量装置，其特征在于，所述水平光电探测器组包括第五光电探测器(2
‑
5)、第六光电探测器(2
‑
9)、第七光电探测器(2
‑
17)、第八光电探测器(2
‑
21)；所述水平光学器件组包括第二反射镜(2
‑
1)、第三反射镜(2
‑
4)、第四反射镜(2
‑
10)、第五反射镜(2
‑
12)、第六反射镜(2
‑
13)、第七反射镜(2
‑
16)、第八反射镜(2
‑
22)、第九反射镜(2
‑
24)、第三偏振分光棱镜(2
‑
2)、第四偏振分光棱镜(2
‑
8)、第五偏振分光棱镜(2
‑
14)、第六偏振分光棱镜(2
‑
20)、第三四分之一波片(2
‑
3)、第四四分之一波片(2
‑
6)、第五四分之一波片(2
‑
7)、第六四分之一波片(2
‑
11)、第七四分之一波片(2
‑
15)、第八四分之一波片(2
‑
18)、第九四分之一波片(2
‑
19)、第十四分之一波片(2
‑
23)；所述(1，1)级衍射光依次经过所述第二反射镜(2
‑
1)、所述第三偏振分光棱镜(2
‑
2)透射、所述第三四分之一波片(2
‑
3)、所述第三反射镜(2
‑
4)、所述第三偏振分光棱镜(2
‑
2)反射，射入所述第五光电探测器(2
‑
5)；所述(1，1)级衍射光依次经过所述第二反射镜(2
‑
1)、所述第三偏振分光棱镜(2
‑
2)反射、所述第四四分之一波片(2
‑
6)、所述第五四分之一波片(2
‑
7)、所述第四偏振分光棱镜(2
‑
8)透射，射入所述第六光电探测器(2
‑
9)；所述(
‑
1，
‑
1)级衍射光依次经过所述第四反射镜(2
‑
10)、所述第四偏振分光棱镜(2
‑
8)反射、所述第五四分之一波片(2
‑
7)、所述第四四分之一波片(2
‑
6)、所述第三偏振分光棱镜(2
‑
2)透射，射入所述第五光电探测器(2
‑
5)；所述(
‑
1，
‑
...
【专利技术属性】
技术研发人员：吉日嘎兰图，李文昊，刘兆武，尹云飞，王玮，姜珊，刘林，白宇，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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