專利名稱：一種基于橢偏度測量的滾轉(zhuǎn)角誤差測量方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學高精度測量領(lǐng)域，特別涉及一種基于橢偏度測量的滾轉(zhuǎn)角誤差測量方法和裝置。
背景技術(shù)：
隨著科學技術(shù)的發(fā)展，高精密機床、船舶、航空航天領(lǐng)域大型工件組裝過程中對機械誤差的要求越來越高，同時在眾多機械誤差中，滾轉(zhuǎn)角誤差屬于影響比較大，控制起來成本比較高的誤差。目前光學測量滾轉(zhuǎn)角的方法主要有以下四種:基于干涉測量方法:盡管有些干涉系統(tǒng)能得到很高測量分辨率，但系統(tǒng)過于復(fù)雜、造價高，如公開號為CN1335483A的專利文獻所公開的滾轉(zhuǎn)角測量方法；基于全息光柵衍射的測量方法:利用全息光柵衍射現(xiàn)象來實現(xiàn)對滾轉(zhuǎn)角測量，其缺點是測量精度不高，同時測量頭帶有跟隨電纜，造成成現(xiàn)場測量不方便，如公開號為US6316779B1的專利文獻所公開的跟轉(zhuǎn)角測量方法；基于偏振基準的測量方法:偏振法是目前研究較多的一種方法，但其測量的分辨率和穩(wěn)定性需要進一步加強，如公開號為CN1687701A的專利文獻所公開的滾轉(zhuǎn)角測量方法;基于準直光測量方法:這種方法的測量原理相對簡單，利用幾何光學測量原理，公開號為US5798828A的專利文獻公開了一種準直激光測量滾轉(zhuǎn)角的方法，該方法基于平行光線通過測量兩個不同位置的直線度來計算得到滾轉(zhuǎn)角大小。要提高測量靈敏度，需要增大準直平行光線之間的距 離，且測量頭里帶有電纜，給現(xiàn)場帶來不便。Chien-Hung Liu在題為“Development of a laser-based high-precision six-degrees-of-freedommotionerrors measuring system for I inear stage” (Review of Scientificinstruments, 2005, 76,055110)中提出利用角錐棱鏡逆向反射，從而使系統(tǒng)測量移動頭不帶電纜，從而克服移動頭有電纜的缺點，但是，這樣一來，兩測量光在空氣中的光程也成倍的增加了，空氣對測量的影響也增大了。另外，基于平行光線測量滾轉(zhuǎn)角的方法，要提高測量分辨率，只能靠增大平行光線之間的距離，從而增大了測量系統(tǒng)的體積。因此，目前現(xiàn)有的滾轉(zhuǎn)角測量系統(tǒng)，仍然無法滿足在高精密機床、航空航天，船舶工程等大型機械加工組裝中精確地經(jīng)濟地控制滾轉(zhuǎn)角誤差的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提升滾轉(zhuǎn)角誤差的測量精度，使裝置結(jié)構(gòu)簡單化，本發(fā)明提供了一種高精度測量滾轉(zhuǎn)角誤差的方法和裝置，偏振光透過與被測軌道相關(guān)聯(lián)的二分之一波片，通過測量出射光偏振角度的變化得到軌道的滾轉(zhuǎn)角信息。一種基于橢偏度測量的滾轉(zhuǎn)角誤差測量方法，包括以下步驟:I) 二分之一波片處于被測件上的第一位置時，線偏光入射到二分之一波片，透過二分之一波片的線偏光經(jīng)四分之一波片形成橢偏光，所述橢偏光再照射到旋轉(zhuǎn)的檢偏器上，分析檢偏器出射光束的光強變化得到第一橢偏度；2) 二分之一波片沿被測件滑動至第二位置時，線偏光入射到二分之一波片，透過二分之一波片的線偏光經(jīng)四分之一波片形成橢偏光，所述橢偏光再照射到旋轉(zhuǎn)的檢偏器上，分析檢偏器出射光束的光強變化得到第二橢偏度；3)比較分析第一橢偏度和第二橢偏度，得到被測件的第一位置和第二位置之間的滾轉(zhuǎn)角誤差。優(yōu)選的，所述的線偏光與二分之一波片的快軸夾角為0°，四分之一波片的快軸與二分之一波片的快軸平行，這樣當被測件上的第一位置和第二位置不存在滾轉(zhuǎn)角誤差時，透過二分之一波片和四分之一波片的偏振光偏振狀態(tài)不變。本發(fā)明還提供了一種基于橢偏度測量的滾轉(zhuǎn)角誤差測量裝置包括沿光路依次布置的: 線偏光發(fā)生模塊，包括發(fā)出激光光束的光源和用于將所述激光光束調(diào)制成線偏光的調(diào)制器；傳感模塊，包括滑動配合在被測件上的二分之一波片；檢測模塊，包括沿光路布置的四分之一波片、檢偏器和光強檢測器，以及用于對所述光強檢測器的信息進行分析的計算機。本發(fā)明的待測件為導軌或相應(yīng)的工件，并設(shè)有與導軌或工件滑動配合的基座，所述的二分之一波片固定在基座上。所述的調(diào)制器為起偏器，所述光源和起偏器之間依次設(shè)有聚焦透鏡、小孔光闌和準直透鏡。其中小孔光闌位于聚焦透鏡的后焦點處，聚焦透鏡的后焦點和準直透鏡的前焦點重合。本發(fā)明的工作原理如下:通過起偏器將均勻的激光光束調(diào)制成線偏光，線偏光經(jīng)過二分之一波片后，線偏光的偏振方向發(fā)生變化，經(jīng)二分之一波片后的線偏光的偏振方向與入射到二分之一波片上的線偏光的偏振方向關(guān)于二分之一波片的快軸對稱。透過二分之一波片的線偏光照射到四分之一波片上，線偏光變成橢偏光，再通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，照射到光強探測器上的激光光強就會發(fā)生波動，光強最大值為檢偏器偏振方向與橢偏光的長軸方向重合，光強最小值為檢偏器的偏振方向與橢偏光的短軸方向重合。通過計算得到偏振光的橢偏度。通過實時得到的橢偏度與初始位置的橢偏度對比計算，即可得到實時的滾轉(zhuǎn)角信息。在最優(yōu)情況下，經(jīng)過起偏器后的線偏光為^，二分之一波片快軸與線偏光夾角為0°，通過二分之一波片后線偏光變?yōu)榕?1Q，偏振再通過快軸
與二分之一波片重合的四分之一波片時線偏振光變?yōu)閳A偏振光盡；=0 透過旋轉(zhuǎn)
的檢偏器出射光為馬=Cos(ITrmt)cos(2^ / + %)，其中o為光波頻率，w:為檢偏
器的旋轉(zhuǎn)頻率，％為檢偏器初始條件下與偏振光的夾角?？梢钥闯霎敹种徊ㄆ话l(fā)生偏轉(zhuǎn)的時候，透過檢偏器的出射光光強成完全正弦變化，橢偏度為O。假設(shè)二分之一波片發(fā)生一定的轉(zhuǎn)動，假設(shè)轉(zhuǎn)動角度為，則通過二分之一波片后，
線偏振光可表示力
權(quán)利要求
1.一種基于橢偏度測量的滾轉(zhuǎn)角誤差測量方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)二分之一波片處于被測件上的第一位置時，線偏光入射到二分之一波片，透過二分之一波片的線偏光經(jīng)四分之一波片形成橢偏光，所述橢偏光再照射到旋轉(zhuǎn)的檢偏器上，分析檢偏器出射光束的光強變化得到第一橢偏度； 2)二分之一波片沿被測件滑動至第二位置時，線偏光入射到二分之一波片，透過二分之一波片的線偏光經(jīng)四分之一波片形成橢偏光，所述橢偏光再照射到旋轉(zhuǎn)的檢偏器上，分析檢偏器出射光束的光強變化得到第二橢偏度； 3)比較分析第一橢偏度和第二橢偏度，得到被測件的第一位置和第二位置之間的滾轉(zhuǎn)角誤差。
2.如權(quán)利要求1所述的基于橢偏度測量的滾轉(zhuǎn)角誤差測量方法，其特征在于，所述的線偏光與二分之一波片的快軸夾角為0°。
3.如權(quán)利要求1所述的基于橢偏度測量的滾轉(zhuǎn)角誤差測量方法，其特征在于，所述四分之一波片的快軸與二分之一波片的快軸平行。
4.如權(quán)利要求3所述的基于橢偏度測量的滾轉(zhuǎn)角誤差測量方法，其特征在于，所述檢偏器出射光束的光強變化由光強探測器收集。
5.一種基于橢偏度測量的滾轉(zhuǎn)角誤差測量裝置，其特征在于，包括沿光路依次布置的: 線偏光發(fā)生模塊，包括發(fā)出激光光束的光源和用于將所述激光光束調(diào)制成線偏光的調(diào)制器； 傳感模塊，包括滑動配合在被測件上的二分之一波片； 檢測模塊，包括沿光路布置的四分之一波片、檢偏器和光強檢測器，以及用于對所述光強檢測器的信息進行分析的計算機。
6.如權(quán)利要求5所述的基于橢偏度測量的滾轉(zhuǎn)角誤差測量裝置，其特征在于，所述的調(diào)制器為起偏器。
7.如權(quán)利要求6所述的基于橢偏度測量的滾轉(zhuǎn)角誤差測量裝置，其特征在于，所述光源和起偏器之間依次設(shè)有聚焦透鏡、小孔光闌和準直透鏡。
8.如權(quán)利要求7所述的基于橢偏度測量的滾轉(zhuǎn)角誤差測量裝置，其特征在于，所述四分之一波片的快軸與二分之一波片的快軸平行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于橢偏度測量的滾轉(zhuǎn)角誤差測量方法，包括二分之一波片處于被測件上的第一位置時，將線偏光入射到與被測件滑動配合的二分之一波片內(nèi)，透過二分之一波片的線偏光經(jīng)四分之一波片形成橢偏光，所述橢偏光再照射到旋轉(zhuǎn)的檢偏器上，分析檢偏器出射光束的光強變化得到第一橢偏度；將二分之一波片移至第二位置，根據(jù)與第一橢偏度同樣的方法得到第二橢偏度，比較分析第一橢偏度和第二橢偏度，得到被測件的第一位置和第二位置之間的滾轉(zhuǎn)角誤差。本發(fā)明還公開了一種基于橢偏度測量的滾轉(zhuǎn)角誤差測量裝置。
文檔編號G01B11/26GK103162645SQ201310073479
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月8日
發(fā)明者匡翠方, 修鵬, 劉旭, 葛劍虹 申請人:浙江大學