用于步距测量的双光路激光测量装置

本实用新型属于长度计量与测试技术领域。

进行三座标测量机的精度检定常使用步距规、一维球列或二维球阵等具有若干标准步距（间距）的标准检具进行。

图1是步距规示意图。

图2是一维球列示意图。

图3是二维球阵示意图。

步距规是通过其上相同方向的平行测量面之间的距离形成一系列标准步距，如图1所示。一维球列是将其上各球同方向的垂直切线之间形成的距离作为标准步距，如图2所示。二维球阵是一维球列的二维体现，可以具有两个方向和尺寸的步距，如图3所示。因为这些标准步距用于检测测量机或机床的精度，本身应具有更高的检定精度，所以要用高精度的双频激光干涉仪来进行测量以获得所需的标准步距。在测量步距时按照双频激光干涉仪的常用检测装置和方法，为了不挡光，激光测量线与步距被测线必须相距一段距离，但这样会产生阿贝误差，从而降低测量精度，而且测量不连续。

在″H.J.Rademacher，A  COMPARATOR  FOR CALIBRATION OF LONG STANDARDS OF LENGTH，ACTAIMEKO，1985″介绍了目前进行步距规检定的一种双光路测距装置，这种测量方法是利用偏振光经1／4波片后偏振方向旋转45°的特点，在分光镜的出光孔前加一1／4波片，将双频激光中偏振方向相互垂直的两种偏振光两次经1／4波片后偏转90°，使透射光变成反射光，反射光变成透射光，利用两个适当放置的平面反射镜来形成两路光线，在与步距规相接触的测量点同相邻光路中心线的距离和两光路中心线的距离相等的情况下，测距装置移动时倾斜产生地阿贝误差可以被两个光路的光程差所抵消。这种测距装置是用接触式传感器对测量面进行瞄准，通过过角锥棱镜顶点并与测量线平行的轴线旋转测距装置，可以将测头旋进或旋出步距规而光路不中断，但这种旋转操作复杂，很难实现自动测量，而且接触测量精度较低。

本实用新型的目的在于既可以用于检定步距规，也可以检定一维球列和二维球阵，而且操作方便，可在三座标测量机或其它座标类机床仪器上实现自动测量，检定精度也可进一步提高。

图4是双光路激光测量装置在三座标机上测量一维球列的示意图。

本实用新型的技术方案如图4所示。其中（1）是光路转折装置，（6）是可移动测量装置，所说光路转折装置（1）由分光镜（2）、平面反射镜（3）、1／4波片（4）和角锥棱镜（5）组成。平面反射镜（3）和角锥棱镜（5）分别位于分光镜（2）的两侧，平面反射镜（3）与分光 镜（2）的分光面平行，1／4波片（4）置于分光镜（2）出光孔前并与光束垂直。

所说可移动测量装置（6）由直角棱镜（7）、平面反射镜（8）、测头（9）和支承（10）组成。直角棱镜（7）的脊与测头（9）中心的距离等于直角棱镜（7）的脊到射向与平面反射镜（8）的两光束中心的距离之两倍。直角棱镜（7）、平面反射镜（8）和测头（9）安装在同一支承（10）上可以沿激光光路方向和与直角棱镜（7）的脊相平行的方向做整体移动，移动过程中保证光路不中断。

所说测头（9）的具体形式要根据被检标准步距的形式来选择。当检定步距规时，可用电感测微仪或机械千分表的球状测头，也可用高精度电容测微仪的平面测头等。当检定以球面为瞄准面的标准步距时，需用电容测微仪或其它测微仪的平面测头。目前，电容测微仪具有0.1μm以上的分辨率和测量精度，而且为非接触测量，所以使用电容测头具有很高的测量精度。

本实用新型一般用在三座标机上对具有步距的标准检具进行检定。光路转折装置（1）和标准检具（12）（图中以一维球列表示）沿光路方向依次置于三座标机的工作台上（13）。可移动测量装置（6）在使用具有测微性能的测头时，直接安装在座标机的测头座（14）上。

图5是具有片簧结构的可移动测量装置。

可以通过两尺寸相等、相互平行且与测量光路方向垂直的片簧结构（15）联接可移动测量装置（6）和测头座（14），如图5所示， 以平移距离（加伸长杆时除以伸长杆长度），即可得到测量机的角运动误差；别将一维球列分别沿座标系中三个测量基面的对角线位置放置，可测量并计算得到三个垂直度误差，具体的测量和计算过程必须根据被测三座标机的型式和误差合成公式决定。

本实用新型与现有其它测头相比较，其特点在于：

1.电容测微仪优于0.1μm的高精度及非接触测量的特性决定了本实用新型具有很高的测量精度。

2.一次测量可同时获得球心的三个座标值，故具有较高的测量效率。

3.与一维球列并用可完整高精度地测出三座标机的21项机构误差。

4.适用于任何型式的三座标机。