一种基于椭偏度测量的滚转角误差测量方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于椭偏度测量的滚转角误差测量方法，包括二分之一波片处于被测件上的第一位置时，将线偏光入射到与被测件滑动配合的二分之一波片内，透过二分之一波片的线偏光经四分之一波片形成椭偏光，所述椭偏光再照射到旋转的检偏器上，分析检偏器出射光束的光强变化得到第一椭偏度；将二分之一波片移至第二位置，根据与第一椭偏度同样的方法得到第二椭偏度，比较分析第一椭偏度和第二椭偏度，得到被测件的第一位置和第二位置之间的滚转角误差。本发明专利技术还公开了一种基于椭偏度测量的滚转角误差测量装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学高精度测量领域，特别涉及一种基于椭偏度测量的滚转角误差测量方法和装置。
技术介绍
随着科学技术的发展，高精密机床、船舶、航空航天领域大型工件组装过程中对机械误差的要求越来越高，同时在众多机械误差中，滚转角误差属于影响比较大，控制起来成本比较高的误差。目前光学测量滚转角的方法主要有以下四种:基于干涉测量方法:尽管有些干涉系统能得到很高测量分辨率，但系统过于复杂、造价高，如公开号为CN1335483A的专利文献所公开的滚转角测量方法；基于全息光栅衍射的测量方法:利用全息光栅衍射现象来实现对滚转角测量，其缺点是测量精度不高，同时测量头带有跟随电缆，造成成现场测量不方便，如公开号为US6316779B1的专利文献所公开的跟转角测量方法；基于偏振基准的测量方法:偏振法是目前研究较多的一种方法，但其测量的分辨率和稳定性需要进一步加强，如公开号为CN1687701A的专利文献所公开的滚转角测量方法;基于准直光测量方法:这种方法的测量原理相对简单，利用几何光学测量原理，公开号为US5798828A的专利文献公开了一种准直激光测量滚转角的方法，该方法基于平行光线通过测量两个不同位置的直线度来计算得到滚转角大小。要提高测量灵敏度，需要增大准直平行光线之间的距 离，且测量头里带有电缆，给现场带来不便。Chien-Hung Liu在题为“Development of a laser-based high-precision six-degrees-of-freedommotionerrors measuring system for I inear stage” (Review of Scientificinstruments, 2005, 76,055110)中提出利用角锥棱镜逆向反射，从而使系统测量移动头不带电缆，从而克服移动头有电缆的缺点，但是，这样一来，两测量光在空气中的光程也成倍的增加了，空气对测量的影响也增大了。另外，基于平行光线测量滚转角的方法，要提高测量分辨率，只能靠增大平行光线之间的距离，从而增大了测量系统的体积。因此，目前现有的滚转角测量系统，仍然无法满足在高精密机床、航空航天，船舶工程等大型机械加工组装中精确地经济地控制滚转角误差的要求。
技术实现思路
为克服现有技术中存在的不足，提升滚转角误差的测量精度，使装置结构简单化，本专利技术提供了一种高精度测量滚转角误差的方法和装置，偏振光透过与被测轨道相关联的二分之一波片，通过测量出射光偏振角度的变化得到轨道的滚转角信息。一种基于椭偏度测量的滚转角误差测量方法，包括以下步骤:I) 二分之一波片处于被测件上的第一位置时，线偏光入射到二分之一波片，透过二分之一波片的线偏光经四分之一波片形成椭偏光，所述椭偏光再照射到旋转的检偏器上，分析检偏器出射光束的光强变化得到第一椭偏度；2) 二分之一波片沿被测件滑动至第二位置时，线偏光入射到二分之一波片，透过二分之一波片的线偏光经四分之一波片形成椭偏光，所述椭偏光再照射到旋转的检偏器上，分析检偏器出射光束的光强变化得到第二椭偏度；3)比较分析第一椭偏度和第二椭偏度，得到被测件的第一位置和第二位置之间的滚转角误差。优选的，所述的线偏光与二分之一波片的快轴夹角为0°，四分之一波片的快轴与二分之一波片的快轴平行，这样当被测件上的第一位置和第二位置不存在滚转角误差时，透过二分之一波片和四分之一波片的偏振光偏振状态不变。本专利技术还提供了一种基于椭偏度测量的滚转角误差测量装置包括沿光路依次布置的: 线偏光发生模块，包括发出激光光束的光源和用于将所述激光光束调制成线偏光的调制器；传感模块，包括滑动配合在被测件上的二分之一波片；检测模块，包括沿光路布置的四分之一波片、检偏器和光强检测器，以及用于对所述光强检测器的信息进行分析的计算机。本专利技术的待测件为导轨或相应的工件，并设有与导轨或工件滑动配合的基座，所述的二分之一波片固定在基座上。所述的调制器为起偏器，所述光源和起偏器之间依次设有聚焦透镜、小孔光阑和准直透镜。其中小孔光阑位于聚焦透镜的后焦点处，聚焦透镜的后焦点和准直透镜的前焦点重合。本专利技术的工作原理如下:通过起偏器将均匀的激光光束调制成线偏光，线偏光经过二分之一波片后，线偏光的偏振方向发生变化，经二分之一波片后的线偏光的偏振方向与入射到二分之一波片上的线偏光的偏振方向关于二分之一波片的快轴对称。透过二分之一波片的线偏光照射到四分之一波片上，线偏光变成椭偏光，再通过旋转的检偏器，照射到光强探测器上的激光光强就会发生波动，光强最大值为检偏器偏振方向与椭偏光的长轴方向重合，光强最小值为检偏器的偏振方向与椭偏光的短轴方向重合。通过计算得到偏振光的椭偏度。通过实时得到的椭偏度与初始位置的椭偏度对比计算，即可得到实时的滚转角信息。在最优情况下，经过起偏器后的线偏光为^，二分之一波片快轴与线偏光夹角为0°，通过二分之一波片后线偏光变为乓=1Q，偏振再通过快轴与二分之一波片重合的四分之一波片时线偏振光变为圆偏振光尽；=0 透过旋转的检偏器出射光为马=Cos(ITrmt)cos(2^ / + %)，其中o为光波频率，w:为检偏器的旋转频率，％为检偏器初始条件下与偏振光的夹角。可以看出当二分之一波片不发生偏转的时候，透过检偏器的出射光光强成完全正弦变化，椭偏度为O。假设二分之一波片发生一定的转动，假设转动角度为，则通过二分之一波片后，线偏振光可表示力本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于椭偏度测量的滚转角误差测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1）二分之一波片处于被测件上的第一位置时，线偏光入射到二分之一波片，透过二分之一波片的线偏光经四分之一波片形成椭偏光，所述椭偏光再照射到旋转的检偏器上，分析检偏器出射光束的光强变化得到第一椭偏度；2）二分之一波片沿被测件滑动至第二位置时，线偏光入射到二分之一波片，透过二分之一波片的线偏光经四分之一波片形成椭偏光，所述椭偏光再照射到旋转的检偏器上，分析检偏器出射光束的光强变化得到第二椭偏度；3）比较分析第一椭偏度和第二椭偏度，得到被测件的第一位置和第二位置之间的滚转角误差。

【技术特征摘要】
1.一种基于椭偏度测量的滚转角误差测量方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)二分之一波片处于被测件上的第一位置时，线偏光入射到二分之一波片，透过二分之一波片的线偏光经四分之一波片形成椭偏光，所述椭偏光再照射到旋转的检偏器上，分析检偏器出射光束的光强变化得到第一椭偏度； 2)二分之一波片沿被测件滑动至第二位置时，线偏光入射到二分之一波片，透过二分之一波片的线偏光经四分之一波片形成椭偏光，所述椭偏光再照射到旋转的检偏器上，分析检偏器出射光束的光强变化得到第二椭偏度； 3)比较分析第一椭偏度和第二椭偏度，得到被测件的第一位置和第二位置之间的滚转角误差。2.如权利要求1所述的基于椭偏度测量的滚转角误差测量方法，其特征在于，所述的线偏光与二分之一波片的快轴夹角为0°。3.如权利要求1所述的基于椭偏度测量的滚转角误差测量方法，其特征在于，所述四分之一波片的快轴与二分之一波片的快轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：匡翠方，修鹏，刘旭，葛剑虹，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：