一种三自由度精密激光检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及精密激光检测技术领域，尤其涉及XY Θ三自由度运动且偏转中心非 固定的检测装置及检测方法。
【背景技术】
[0002] 激光干涉仪因分辨率高、非接触、受环境影响小、反应灵敏等优点广泛应用于各种 精密测量系统中，但传统的线性测量激光尺无法满足测量带有偏转运动的角位移和线位 移。
[0003]目前存在的激光干涉仪，如图1所述，往往只能测单独的平移运动，当待测运动部 件带有偏转时则无法捕获到反射光进行干涉测量。另外，传统的角度编码器适用于固定中 心的转动角位移测量，而旋转中心存在较大偏移的情况下则无法测量。
[0004] 因此，如何设计一种能够同时高精度测量XY Θ三自由度运动且偏转中心非固定 的检测装置，是本领域技术人员亟需解决的。
【发明内容】
[0005] 为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种XY Θ三自由度精密激光检测装 置。本方案所提供的检测手段采用现有的双倍光程差激光尺，通过设计光路可实现XY Θ三 自由度精密激光检测。本方案具有测量分辨率高，可测偏转角度大，XY Θ位移同时测量的 优点，特别是适用于转动中心非固定的情况。
[0006] 为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
[0007] -种三自由度精密激光检测装置，包括：直角镜架组件、X向过渡镜架组件、Y向过 渡镜架组件、激光尺A、激光尺B及激光尺C ;
[0008] 所述直角镜架组件设置在运动平台上，所述运动平台设置在待测件固定底座上， 所述待测件固定底座的一个侧面通过Y向过渡镜架组件与激光尺C相连，和与激光尺C相 连的固定底座的一个侧面相邻的另一个固定底座的侧面通过X向过渡镜架组件分别与激 光尺B及激光尺A相连；三个不同的入射光路分别经过对应的激光尺、过渡镜架组件及直角 镜架组件形成参考光束及目标光束，对参考光束及目标光束进行处理得到相应测点的运动 距离si、s2及s3,根据该运动距离si、s2及s3得运动平台z向转角θ z，运动平台X向位 移X，运动平台Y向运动位移y。
[0009] 所述三个不同的入射光路分别经过对应的激光尺、过渡镜架组件及直角镜架组件 形成参考光束及目标光束，对参考光束及目标光束进行处理得到相应测点的运动距离si、 s2及s3,具体为；
[0010] 入射光路经过激光尺A、直角镜架组件、X向过渡镜架组件形成参考光束及目标 光束，参考光束与目标光束相互干涉经感光元件处理可实现测得A点延X方向运动距离为 si ；
[0011] 入射光路经过激光尺B、直角镜架组件、X向过渡镜架组件形成参考光束及目标 光束，参考光束与目标光束相互干涉经感光元件处理可实现测得B点延X方向运动距离为 s2 ；
[0012] 入射光路经过激光尺C、直角镜架组件、Y向过渡镜架组件形成参考光束及目标光 束，参考光束与目标光束相互干涉经感光元件处理可实现测得C点延Y方向运动距离为S3。
[0013] 所述根据该运动距离si、s2及s3得运动平台z向转角θ z，运动平台X向位移X， 运动平台Y向运动位移y，其计算公式为：
[0014]
[0015] 其中，A，B，C为待检测点；A点，B点中点与平台旋转中心01点连线平行于X方向， 所述C点与平台旋转中心01点连线平行于Y方向；C点与01点距离为L，A点与B点距离为 d，A点延X方向运动距离为sl，B点延X方向运动距离为s2, C点延Y方向运动距离为S3。
[0016] 所述直角镜架组件包括支撑架，所述支撑架的一个侧面设置有第六镜框，第六镜 框上设置有两个直角镜，与第六镜框所在侧面相邻的另一个支撑架的侧面上设置有第七镜 框及第八镜框，所述第七镜框及第八镜框上也分别设置有两个直角镜。
[0017] 所述直角镜为目标镜片。
[0018] 所述支撑架上设置有两个方孔。
[0019] 所述第七镜框及第八镜框上也分别设置有两个直角镜，所述直角镜的斜面相互平 行或共面；
[0020] 第六镜框上设置有两个直角镜，所述直角镜的斜面相互平行或共面。
[0021] 所述X向过渡镜架组件包括X向镜架，所述X向镜架的上面上设置有第一镜框及 第二镜框，所述第一镜框及第二镜框上分别设置有一个平面镜，所述X向镜架的下面上设 置有第三镜框，第三镜框上从左至右依次设置有三个平面镜。
[0022] 所述第三镜框上从左至右依次设置有三个平面镜，三个平面镜为光路过渡镜片。
[0023] 所述第一镜框及第二镜框上分别设置有一个平面镜，平面镜为参考镜片。
[0024] 所述X向镜架上设置有两个方孔。
[0025] 所述Y向过渡镜架组件包括Y向镜架，所述Y向镜架的上面上设置有第四镜框，所 述第四镜框上设置有一个平面镜，所述Y向镜架的下面上设置有第五镜框，所述第五镜框 上从左至右依次设置有二个平面镜。
[0026] 所述Y向镜架设置有一个方孔。方孔的作用在于激光穿过，入射和反射都经过。
[0027] 所述第五镜框上从左至右依次设置有二个平面镜，二个平面镜为光路过渡镜片。
[0028] 所述第四镜框上设置有一个平面镜，平面镜为参考镜片。
[0029] 本发明的有益效果：
[0030] 1.本方案采用四倍频（即光程差为移动距离的四倍）激光尺作为测量元件，经光 路改变后因增加直角镜可实现光程差倍增，即光程差为移动距离的八倍，使得测量分辨率 提高一倍，测量精度更高。
[0031] 2.本方案采用直角镜作为目标反射镜，因为当入射角垂直于直角镜斜面时，直角 镜反射光路与入射光路相互平行，而与入射角大小无关，所以当待测运动件存在偏转运动 时依然可测得运动位移。克服了平面反射镜在存在偏转条件下无法测量的缺陷。
[0032] 3.本方案为实现XY Θ三个方向位移同时测量，采用精确测量三个点线位移的方 式，转角的测量可由计算间接得出，而非直接测量。
[0033] 4.激光尺A，激光尺B安装在待测运动部件的同侧，可消除因运动部件的转动带来 的直角镜内光程变化误差值；激光尺A，激光尺B安装在待测运动部件的异测则会倍增这种 误差。
【附图说明】
[0034] 图1为现有激光尺原理图；
[0035] 图2为待测运动部件线位移及角位移变化模拟图；
[0036] 图3为XY Θ三自由度精密激光检测原理图；
[0037] 图4为XY Θ三自由度精密激光检测装置实例图；
[0038] 图5a X向过渡镜架组件俯视图；
[0039] 图5b X向过渡镜架组件仰视图；
[0040] 图5c X向过渡镜架组件三维示意图；
[0041] 图5d X向过渡镜架组件正视图；
[0042] 图5e X向过渡镜架组件侧视图；
[0043] 图6a Y向过渡镜架组件正视图；
[0044] 图6b Y向过渡镜架组件侧视图；
[0045] 图6c Y向过渡镜架组件三维示意图；
[0046] 图7为直角镜架组件结构示意图；
[0047] 图中，1.激光尺C 2. Y向过渡镜架组件3.待测件固定部分4.激光尺A 5.激光 尺B 6. X向过渡镜架组件7.运动平台8.直角镜架组件，11.分束器，12.第一四分之一玻 片，13.目标镜片，14.参考镜片，15.第二四分之一玻片，16.反光镜，17.角锥镜；
[0048] 6-1.第一镜框，6-2.第一平面镜Ml，6-3. X向镜架，6-4.第二平面镜M2,6-5.第二 镜框，6-6.第五平面镜M5,6-7.第三镜框，6-8.第四平面镜M4,6-9.第三平面镜M3;
[0049] 2-1.第七平面镜M7, 2-2.第七平面镜M8, 2-3.第四镜框，2-4. Y向镜架，2-5.第六 平面镜M6, 2-6.第五镜框；
[0050] 8-1.第五直角镜R5,8-2.第六直角镜R6,8-3.第六镜框，8-4.第七镜框，8-5.第 四直角镜R4,8-6.第三直角镜R3,8-7.第八镜框8-8.第二直角镜R2,8-9.第一直角镜Rl， 8-10支撑架；
[0051 ] 图3中：Ml代表第一平面镜Ml，M2代表第二平面镜M2，M3代表第三平面镜M3，M4 代表第四平面镜M4，M5代表第五平面镜M5，M6代表第六平面镜M6，M7代表第七平面镜M7， M8代表第八平面镜M8, Rl代表第一直角镜Rl，R2代表第二直角镜R2, R3代表第三直角镜 R3, R4代表第四直角镜R4, R5代表第五直角镜R5, R6代表第六直角镜R6。
【具体实施方式】：
[0052] 下面结合附图对本发明进行详细说明：
[0053] -种XY Θ三自由度精密激光检测装置实例，其结构如图3-4所示，包括：激光尺 Cl，Y向过渡镜架组件2,待测件固定部分3,激光尺A4激光尺B 5, X向过渡镜架组件6,运 动平台7,直角镜架组件8。
[0054] 如图7所示，直角镜架组件8包括：第五直角镜R5 (8-1)，第六直角镜R6 (8-2)，第 六镜框（8-3)，第七镜框（8-4)，第四直角镜R4 (8-5)，第三直角镜R3 (8-6)，第八镜框（8-7)， 第二直角镜R2 (8-8)，第一直角镜Rl (8-9)，支撑架（8-10)。
[0055] 如图5a_5e所示，X向过渡镜架组件6包括：第一镜框（6-1)，第一平面镜Ml (6-2)， X向镜架（6-3)，第二平面镜M2 (6-4)，第二镜框（6-5)，第五平面镜M5 (6-6)，第三镜框 (6-7)，第四平面镜M4 (6-8)，第三平面镜M3 (6-9)。
[0056] 如图6a_6c，Y向过渡镜架组件2包括；第七平面镜M7 (2-1)，第八平面镜M8 (2-2)， 第四镜框（2-3)，Y向镜架（2-4)，第六平面镜M6 (2-5)，第五镜框（2-6)。
[0057] 直角镜架组件8与运动平台7相连；X向过渡镜架组件6与待测件固定部分3相 连；Y向过渡镜架组件2与待测件固定部分3相连。
[0058] 第一平面镜MU6-2)，第二平面镜M2 (6-4)，第三平面镜M3 (6-9)，第四平面镜 M4 (6-8)，第五平面镜M5 (6-6)分别与X向过渡镜架支撑相连。
[0059] 第一直角镜R18-9)，第二直角镜R2(8-8)，第三直角镜R3(8-6)，第四直角镜 R4 (8-5)，第五直角镜R5 (8-1)，第六直角镜R6 (8-2)分别与直角镜架支撑相连。
[0060] 第六平面镜M6 (2-5)，第七平面镜M7 (2-1)，第八平面镜M8 (2-2)分别与Y向过渡 镜架支撑相连。
[0061] 第一