【技术实现步骤摘要】
一种去耦合自补偿的六自由度几何误差的测量系统及方法
[0001]本专利技术属于几何精度检测相关
，更具体地，涉及一种去耦合自补偿的六自由度几何误差的测量系统及方法
。
技术介绍
[0002]随着机械制造
、
半导体制造等领域的不断发展，对于高精度
、
高速度
、
高稳定性的控制系统需求日益增加
。
在这些控制系统中，直线运动机构是最常用的一种运动方式
。
而直线导轨的几何误差对于机械系统的运动稳定性和精度具有重要影响，因此需要对其进行测量和补偿
。
[0003]在传统的导轨直线运动几何误差测量方法中，常使用激光干涉仪
、
光栅尺等高精度测量设备，但这些方法存在测量速度慢
、
测量结果容易受环境干扰等问题，无法满足高速度
、
高精度的测量需求
。
而直线运动六自由度几何运动误差同步测量方法中存在着误差解耦难度大和环境干扰严重等问题，需要通过复杂的算法和测量仪器进行误差解耦和激光漂移补偿，增加了测量成本和技术难度
。
技术实现思路
[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种去耦合自补偿的六自由度几何误差的测量系统及方法，解决直线运动六自由度几何运动误差同步测量方法中存在着误差解耦难度大和环境干扰严重的问题
。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种去耦合自补偿的...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.
一种去耦合自补偿的六自由度几何误差的测量系统，其特征在于，该系统包括固定单元和与该固定单元相对设置的测量单元，其中：所述固定单元位置固定，所述测量单元设置在水平导轨上来回移动，该测量单元包括第一偏移量测量模块和角锥棱镜
(7)
，所述固定单元包括激光器
(1)、
第一分光棱镜
(2)、
第二偏移量测量模块
、
漂移量测量模块和定位误差测量模块；所述第一分光棱镜
(2)
设置在所述激光器
(1)
的正后方，用于将所述激光器
(1)
发出的光线分为激光Ⅰ和激光Ⅱ，所述第一偏移量测量模块与第一偏移测量模块和第一分光棱镜
(2)
相对设置，所述激光Ⅰ垂直入射进入所述第一偏移量测量模块，然后进入第二偏移量模块，在所述第一偏移量测量模块和第二偏移量测量模块的协同作用下测量获得光线在水平和竖直两个方向上的偏移量；所述漂移量测量模块的光轴垂直于所述第一分光棱镜
(2)
的光轴，该漂移量测量模块中设置有第三分光棱镜
(10)
，所述激光Ⅱ被所述第三分光棱镜
(10)
分为两束光线，一束光线在所述漂移量测量模块中用于测量所述激光器
(1)
的平行漂移量，另一束光进入所述定位误差测量模块中；所述定位误差测量与所述角锥棱镜
(7)
相对设置，光线进入所述定位误差测量模块后再进入所述角锥棱镜
(7)
，以此形成干涉条纹，所述定位误差测量模块利用该干涉条纹测量所述水平导轨的定位误差
。2.
如权利要求1所述的一种去耦合自补偿的六自由度几何误差的测量系统，其特征在于，所述第一偏移量测量模块包括第二分光棱镜
(3)、
第一四象限探测器
、
第一平凸透镜
(5)
和第一位置探测器
(6)
，所述第二分光棱镜设置在所述第一分光棱镜
(2)
的正后方，用于将激光Ⅰ分为激光Ⅲ、
激光Ⅳ、
激光
Ⅴ
和激光
VI
，所述第一四象限探测器与所述激光器
(1)、
第一分光棱镜
(2)
和第二分光棱镜
(3)
的光轴在同一直线上，所述激光Ⅲ进入所述第一四象限探测器中，根据光斑在该第一四象限探测器中的位置变化计算获得光线在竖直和水平方向的偏移量；所述第一平凸透镜
(5)
和第一位置探测器
(6)
共光轴且该光轴垂直于所述第一四象限探测器所在的光轴，激光Ⅳ通过所述第一平凸透镜
(5)
聚焦进入所述第一位置探测器
(6)
，根据光斑在该第一位置探测器
(6)
中的位置变化获取光线在
Y
和
Z
方向上的偏移量；所述第二偏移量测量模块包括第二四象限探测器
(8)、
第三四象限探测器
(9)、
第四分光棱镜
(28)
和第二位置探测器
(26)
，其中：所述第二四象限探测器
(8)
和第三四象限探测器
(9)
均与所述第二分光棱镜
(3)
相对设置，所述第二四象限探测器
(8)
与所述第二分光棱镜
(3)
形成的光轴，以及所述第三四象限探测器
(9)
与所述第二分光棱镜
(3)
形成的光轴均平行与所述第一分光棱镜
(2)
和第二分光棱镜
(3)
形成的光轴，所述激光
Ⅴ
进入所述第二四象限探测器
(8)
中，以此获得激光
Ⅴ
光斑的位置变化；所述第三四象限探测器
(9)
与所述第二分光棱镜
(3)
之间还设置有第四分光棱镜
(28)
，该第四分光棱镜
(28)
的后方设置有第二平凸透镜
(27)
和第二位置探测器
(26)
，所述激光Ⅳ经过所述第四分光棱镜
(28)
被分为两束激光，一束进入所述第三四象限探测器
(9)
中，用于测量所述激光Ⅳ光斑的位置变化，另一束经过所述第二平凸透镜
(27)
汇聚在所述第二位置探测器
(26)
中，通过获得该进入第二位置探测器
(26)
中光斑的位置变化计算获得所述激光器
(1)
的角度漂移
。3.
如权利要求1或2所述的一种去耦合自补偿的六自由度几何误差的测量系统，其特征
在于，所述漂移量测量模块还包括第四四象限探测器
(12)
，该第四四象限探测器
(12)
设置在所述第三分光棱镜
(10)
的正后方，光线进入该第四四象限探测器
(12)
后，通过光斑在该第四四象限探测器
(12)
中的位置变化获得激光器
(1)
的平行漂移
。4.
如权利要求1或2所述的一种去耦合自补偿的六自由度几何误差的测量系统，其特征在于，所述定位误差测量模块包括第一光电探测器
(13)、
第二光电探测器
(15)、
第四光电探测器
(18)、
第二平面反射镜
(22)、
和光轴设置在竖直方向上的第一平面反射镜
(25)、
第一
1/4
波片
(24)、
第一偏振分光棱镜
(11)、
第三
1/4
波片
(21)、
消偏振分光棱镜
(20)、1/2
波片
(19)、
第三偏振分光棱镜
(17)
和第三光电探测器
(16)
；所述第一偏振分光棱镜
(11)
设置在所述第三分光棱镜
(10)
的后方，所述角锥棱镜
(7)
设置在所述第一偏振分光棱镜
(2)
的后方，该第一偏振分光棱镜
(11)、
第三分光棱镜
(10)
和角锥棱镜
(7)
形成的光轴平行第一分光棱镜
(2)
和第二分光棱镜
(3)
所在的光轴；所述光线进入所述定位误差测量模块后，首先被所述第一偏振分光棱镜
(11)
分为两束光线，一束光线沿竖直方向经第一
1/4
波片
(24)
后进入所述第一平面反射镜
(25)
，被该第一平面反射镜
(25)
反射后回到所述第一偏振分光棱镜
(11)
，另一束光经过第二
1/4
波片
(23)
后进入所述角锥棱镜
(7)
被反射后进入第二平面反射镜
(22)
，然后被该第二平面反射镜
(22)
反射原路返回至所述第一偏振分光棱镜
(11)
中，两束返回至所述第一偏振分光棱镜
(11)
的光线形成干涉条纹，该干涉条纹经该第一偏振分光棱镜
(11)
反射进入第三
1/4
波片
(21)
，然后进入消偏振分光棱镜
(20)
中被分为两束光线，一束光线沿水平方向进入第二偏振分光棱镜
(14)
又被分成相位差
180
°
【专利技术属性】
技术研发人员：刁宽，刘晓军，卢文龙，孙华瞬，王帅，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。