本發(fā)明涉及光電檢測(cè)的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光束漂移補(bǔ)償?shù)奈遄杂啥日`差同時(shí)測(cè)量的方法與裝置，可以實(shí)現(xiàn)特別難以測(cè)量的滾轉(zhuǎn)角誤差的測(cè)量。

背景技術(shù)：

機(jī)械導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)副都包括三個(gè)線性誤差：沿軸向的位置誤差和垂直于軸向的兩個(gè)直線度誤差，以及三個(gè)繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度誤差：俯仰角、偏擺角和滾轉(zhuǎn)角。如果儀器和機(jī)床在這些幾何運(yùn)動(dòng)誤差相應(yīng)的方向上有阿貝臂，這些幾何運(yùn)動(dòng)誤差就會(huì)造成阿貝誤差而影響它們的加工或測(cè)量精度。目前，減小或消除阿貝誤差主要從結(jié)構(gòu)上縮小阿貝臂、按不萊恩建議提高導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)精度和誤差修正，以及按愛彭斯坦原則從結(jié)構(gòu)上減小或消除阿貝誤差的影響。由于機(jī)械結(jié)構(gòu)和幾何尺寸的限制，幾乎所有的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和機(jī)床都有阿貝臂。因此，精確的測(cè)量這些幾何運(yùn)動(dòng)誤差對(duì)于儀器和機(jī)床的精度評(píng)定和誤差修正是非常重要的。采用直角坐標(biāo)系統(tǒng)的機(jī)床或三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)共有21項(xiàng)幾何誤差參數(shù)，其中18項(xiàng)誤差可以用現(xiàn)成的干涉儀測(cè)量，包括最難測(cè)量的3項(xiàng)滾轉(zhuǎn)角誤差。

對(duì)于導(dǎo)軌五自由度的高精度測(cè)量有以下幾種光學(xué)方法：

1.基于衍射技術(shù)的測(cè)量法，基于全息透鏡的五自由度同時(shí)測(cè)量法[jberginmt,bartolottacs.multi-axisopticalalignmentsystemincludingaspatialfilter，美國專利號(hào)：3701602.1972]，該方法簡單、元件少、成本低，但是其滾轉(zhuǎn)角的測(cè)量對(duì)光束的穩(wěn)定性要求很高，其測(cè)量精度不高。基于平面衍射光柵的五自由度同時(shí)測(cè)量方法[millerjm,bartonro.multi-axisalignmentapparatus，美國專利號(hào)：4804270.1989]測(cè)量精度較低，其移動(dòng)固定單元連接電纜，限制了測(cè)量的方便性。kim提出的基于衍射光柵的六自由度同時(shí)測(cè)量方法[kimja,kimkc,baeew,etal.six-degree-of-freedomdisplacementmeasurementsystemusingadiffractiongrating[j].reviewofscientificinstruments,2000]測(cè)量精度較低，且衍射光的發(fā)散導(dǎo)致系統(tǒng)的測(cè)量范圍只有幾毫米，不適用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。

2.基于激光干涉與準(zhǔn)直的測(cè)量方法，brucel.等人提出一種基于2平行光的五自由度同時(shí)測(cè)量系統(tǒng)[thomasbl,basshm,loftuslk,etal.laseralignedfive-axispositionmeasurementdevice，美國專利號(hào)：us5798828.1998.]，該方法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、只要調(diào)整探測(cè)器間的距離即可達(dá)到不同的測(cè)量分辨率。但兩束光線的平行性與光斑一致性很難調(diào)整，會(huì)造成測(cè)量誤差，且移動(dòng)固定單元帶電纜，不方便高速數(shù)控機(jī)床的動(dòng)態(tài)測(cè)量。lau提出的一種五自由度或者六自由度同時(shí)測(cè)量系統(tǒng)[laukc,liuyq.five-axis/six-axislasermeasuringsystem:ep,美國專利號(hào)：us6049377[p].2000]，該系統(tǒng)測(cè)量精度高，是目前世界上唯一商用的多自由度同時(shí)測(cè)量系統(tǒng)，但是系統(tǒng)移動(dòng)單元帶電纜連接，不適于現(xiàn)場(chǎng)的高速和長距離測(cè)量，同時(shí)該系統(tǒng)的滾轉(zhuǎn)角測(cè)量還需要電子水平儀，不能應(yīng)用在豎直軸的滾轉(zhuǎn)角的測(cè)量，并且造價(jià)昂貴。liu提出的一種六自由度同時(shí)測(cè)量的方法[liuch,jywewy,hsucc,etal.developmentofalaser-basedhigh-precisionsix-degrees-of-freedommotionerrorsmeasuringsystemforlinearstage[j].reviewofscientificinstruments,2005]和kuangc等人提出的一種五自由度同時(shí)測(cè)量方法[kuangc,honge,nij.ahigh-precisionfive-degree-of-freedommeasurementsystembasedonlasercollimatorandinterferometrytechniques[j].reviewofscientificinstruments,2007]以及huangp等人提出的一種五自由度同時(shí)測(cè)量的方法[huangp,liy,weih,etal.five-degrees-of-freedommeasurementsystembasedonamonolithicprismandphase-sensitivedetectiontechnique.[j].appliedoptics,2013]，這些方法也是基于激光干涉和激光準(zhǔn)直結(jié)合的測(cè)量方法具有測(cè)量精度較高，集成度較高，測(cè)量范圍大，可是測(cè)量系統(tǒng)體積大，光源的持續(xù)發(fā)熱會(huì)引起激光漂移以及抗干擾能力較差等諸多問題。

3.基于激光光柵干涉的測(cè)量方法，liuch等人提出了一種五自由度同時(shí)測(cè)量方法[liuch,huanghl,leehw.five-degrees-of-freedomdiffractivelaserencoder.[j].appliedoptics,2009]和lee提出的一種簡單的六自由度同時(shí)測(cè)量方法[leecb,kimgh,leesk.designandconstructionofasingleunitmulti-functionopticalencoderforasix-degree-of-freedommotionerrormeasurementinanultraprecisionlinearstage[j].measurementscience&technology,2011]，上述方法均基于激光光柵干涉技術(shù)，測(cè)量原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較簡單，但是精密衍射光柵的尺寸有限，因此測(cè)量范圍較小。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有導(dǎo)軌五自由度的高精度測(cè)量方法測(cè)量精度低、測(cè)量范圍小，抗干擾能力差等問題，本發(fā)明提出一種基于光束漂移補(bǔ)償?shù)奈遄杂啥日`差同時(shí)測(cè)量的方法與裝置，光學(xué)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，便于實(shí)際操作，精度、穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性均較好。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于光束漂移補(bǔ)償?shù)奈遄杂啥日`差同時(shí)測(cè)量的方法，其步驟如下：

步驟一：激光器發(fā)出激光，經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后出射；經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后的光束經(jīng)過分光棱鏡出射后，光束通過隔離器、偏振分光棱鏡、四分之一波片入射到位于測(cè)試平臺(tái)上的鍍有分束膜的直角棱鏡的斜邊面上；

步驟二：鍍有分束膜的直角棱鏡的反射光束返回，經(jīng)過四分之一波片后光束偏振方向發(fā)生變化，然后又經(jīng)過偏振分光棱鏡分束后，由位于聚焦透鏡焦平面的位置敏感探測(cè)器接收，當(dāng)待測(cè)平臺(tái)發(fā)生俯仰和偏擺時(shí)，反射光束在位置敏感探測(cè)器上的聚焦光點(diǎn)位置發(fā)生變化，位置敏感探測(cè)器輸出的光電信號(hào)經(jīng)過信號(hào)處理電路后，送入處理終端獲得包含激光光線漂移誤差的待測(cè)俯仰角和偏擺角誤差測(cè)量；

步驟三：分束后的透射光束進(jìn)行入鍍有分束膜的直角棱鏡，經(jīng)鍍有分束膜的直角棱鏡的直角邊折射后射出，經(jīng)分光器分束后到達(dá)四象限探測(cè)器，當(dāng)發(fā)生待測(cè)直線度誤差時(shí)，透射光束在四象限探測(cè)器上的光斑位置發(fā)生變化，四象限探測(cè)器輸出的光電信號(hào)經(jīng)過信號(hào)處理電路后，送入處理終端獲得包含激光光線漂移的待測(cè)水平方向直線度誤差值；

步驟四：將鍍有分束膜的直角棱鏡的反射光束和進(jìn)入鍍有分束膜的直角棱鏡后射出的透射光束分別經(jīng)不同的分束器進(jìn)行分束，兩個(gè)不同的四象限探測(cè)器接收分束后的光束，差分運(yùn)算后實(shí)現(xiàn)滾轉(zhuǎn)角測(cè)量；

步驟五：將鍍有分束膜的直角棱鏡的反射光束和進(jìn)入鍍有分束膜的直角棱鏡后射出的透射光束分別經(jīng)不同的分束器進(jìn)行分束，光束分別到達(dá)位于兩個(gè)聚焦透鏡焦平面的兩個(gè)位置敏感探測(cè)器并進(jìn)行接收處理，差分運(yùn)算后得到光漂量，實(shí)現(xiàn)光漂補(bǔ)償；

步驟六：將鍍有分束膜的直角棱鏡旋轉(zhuǎn)90度，激光器發(fā)出激光，經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后出射，出射光束經(jīng)過分光棱鏡和直角棱鏡向上平移，平移后的光束通過隔離器、偏振分光棱鏡、四分之一波片入射到位于測(cè)試平臺(tái)上的鍍有分束膜的直角棱鏡的斜邊面上，經(jīng)鍍有分束膜的直角棱鏡透射后，經(jīng)四分之一波片和偏振分光棱鏡反射、分束器透射后到達(dá)四象限探測(cè)器并接收處理，實(shí)現(xiàn)垂直方向直線度誤差的測(cè)量。

所述水平方向直線度誤差的測(cè)量的方法為：當(dāng)鍍有分束膜的直角棱鏡沿測(cè)導(dǎo)軌移動(dòng)時(shí)，被測(cè)導(dǎo)軌的直線度誤差δx將使鍍有分束膜的直角棱鏡發(fā)生相應(yīng)位移δx，由直角棱鏡特性可知，經(jīng)其透射返回的準(zhǔn)直光束在四象限探測(cè)器上的光斑位移為2δx。

所述步驟六中經(jīng)鍍有分束膜的直角棱鏡透射后返回的光束中包含了垂直直線度信息，當(dāng)鍍有分束膜的直角棱鏡沿測(cè)導(dǎo)軌移動(dòng)時(shí)，被測(cè)導(dǎo)軌的直線度誤差δy將使鍍有分束膜的直角棱鏡發(fā)生相應(yīng)位移δy；由直角棱鏡特性可知，經(jīng)鍍有分束膜的直角棱鏡透射返回的準(zhǔn)直光束再經(jīng)四分之一波片、偏振分光棱鏡、分束器，由四象限探測(cè)器接收，在四象限探測(cè)器上的產(chǎn)生的光斑位移為2δy，實(shí)現(xiàn)垂直直線度測(cè)量。

一種基于光束漂移補(bǔ)償?shù)奈遄杂啥日`差同時(shí)測(cè)量的裝置，包括固定單元和移動(dòng)單元，移動(dòng)單元固定在測(cè)試平臺(tái)上；所述移動(dòng)單元包括鍍有分束膜的直角棱鏡，鍍有分束膜的直角棱鏡固定在沿導(dǎo)軌移動(dòng)的測(cè)量平臺(tái)上；所述固定單元包括由激光器、準(zhǔn)直透鏡、棱鏡組件、偏振分光棱鏡、四分之一波片、隔離器、分束器、四象限探測(cè)器、位置敏感探測(cè)器、聚焦透鏡和信號(hào)處理電路，準(zhǔn)直透鏡、棱鏡組件、隔離器、偏振分光棱鏡和四分之一波片依次設(shè)置在激光器和鍍有分束膜的直角棱鏡之間的光線上；所述分束器包括分束器ⅰ和分束器ⅱ，四象限探測(cè)器包括四象限探測(cè)器ⅰ和四象限探測(cè)器ⅱ，位置敏感探測(cè)器包括位置敏感探測(cè)器ⅰ和位置敏感探測(cè)器ⅱ，聚焦透鏡包括聚焦透鏡ⅰ和聚焦透鏡ⅱ，分束器ⅰ和聚焦透鏡ⅰ依次設(shè)置在鍍有分束膜的直角棱鏡的透射光束的光線上，位置敏感探測(cè)器ⅰ設(shè)置在聚焦透鏡ⅰ的焦平面上，四象限探測(cè)器ⅱ設(shè)置在分束器ⅰ的光路上；分束器ⅱ和四象限探測(cè)器ⅰ設(shè)置在偏振分光棱鏡的光路上，聚焦透鏡ⅱ和位置敏感探測(cè)器ⅱ設(shè)置在分束器ⅱ的光路上，位置敏感探測(cè)器ⅱ設(shè)置在聚焦透鏡ⅱ的焦平面上；所述位置敏感探測(cè)器ⅰ、位置敏感探測(cè)器ⅱ、四象限探測(cè)器ⅰ和四象限探測(cè)器ⅱ均與信號(hào)處理電路相連接，信號(hào)處理電路與處理終端相連接。

所述鍍有分束膜的直角棱鏡固定在能旋轉(zhuǎn)90度的旋轉(zhuǎn)裝置上，旋轉(zhuǎn)裝置固定在測(cè)量平臺(tái)上。

所述棱鏡組件包括分光棱鏡和直角棱鏡，直角棱鏡設(shè)置在分光棱鏡的上方。

所述激光器為he-ne激光器或半導(dǎo)體激光器的激光器；所述準(zhǔn)直透鏡是單透鏡或透鏡組。

本發(fā)明在激光器與鍍有分束膜的直角棱鏡之間設(shè)置準(zhǔn)直透鏡、棱鏡組件、偏振分光棱鏡、四分之一波片，實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光和反射光的處理，通過四象限探測(cè)器和位置敏感探測(cè)器接收和測(cè)量分束后的反射光和透射光的信息，實(shí)現(xiàn)俯仰角、偏擺角和滾轉(zhuǎn)角誤差、水平方向直線度誤差、垂直方向直線度誤差和光漂補(bǔ)償?shù)臏y(cè)量。本發(fā)明采用一個(gè)鍍有分束膜的直角棱鏡為敏感器件，利用雙光束差動(dòng)測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了誤差分離，增強(qiáng)了抗干擾能力；使用了位置敏感探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)了光漂補(bǔ)償；使用了一個(gè)直角棱鏡90度固定旋轉(zhuǎn)裝置，實(shí)現(xiàn)了垂直方向直線度誤差的測(cè)量；使用光學(xué)器件少，光源功率低，成本低廉；光學(xué)結(jié)構(gòu)簡單緊湊，操作方便，移動(dòng)部分可不帶電纜，便于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量；測(cè)角分辨率可達(dá)0.3"，甚至更高。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明圖1的直角棱鏡旋轉(zhuǎn)90度的正視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明圖2的局部正視放大示意圖。

圖中，1為激光器，2為準(zhǔn)直透鏡，3為棱鏡組件，31分光棱鏡，32直角棱鏡，4為偏振分光棱鏡，5為四分之一波片，6為鍍有分束膜的直角棱鏡，7為分束器ⅰ，8為聚焦透鏡ⅰ，9為位置敏感探測(cè)器ⅰ，10為分束器ⅱ，11為四象限探測(cè)器ⅰ，12為四象限探測(cè)器ⅱ，13為聚焦透鏡ⅱ，14為位置敏感探測(cè)器ⅱ，15為隔離器，16為信號(hào)處理電路，17為計(jì)算機(jī)，101為固定單元，102為移動(dòng)單元。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有付出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1所示，一種基于光束漂移補(bǔ)償?shù)奈遄杂啥日`差同時(shí)測(cè)量的方法，其步驟如下：

步驟一：激光器發(fā)出激光，經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后出射；經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后的光束經(jīng)過分光棱鏡出射后，光束通過隔離器、偏振分光棱鏡、四分之一波片入射到位于測(cè)試平臺(tái)上的鍍有分束膜的直角棱鏡的斜邊面上。

如圖1和圖2所示，鍍有分束膜的直角棱鏡6是固定在測(cè)試平臺(tái)上的，可以沿被測(cè)直線導(dǎo)軌移動(dòng)的，分束膜只設(shè)置在鍍有分束膜的直角棱鏡6的斜邊上的一側(cè)，設(shè)有分束膜的直角棱鏡6的側(cè)部可以將入射光束分成兩束：一束反射光和一束透射光。激光器1發(fā)出的激光，經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡2準(zhǔn)直出射后，分別經(jīng)分光棱鏡31分束、隔離器15選擇此時(shí)所需透過光束、偏振分光棱鏡4出射、四分之一波片5垂直入射到鍍有分束膜的直角棱鏡6上。進(jìn)入鍍有分束膜的直角棱鏡6上的入射光束會(huì)被分束，一束經(jīng)鍍有分束膜的直角棱鏡6的斜邊面反射直接返回，包含了俯仰角和偏擺角信息；另一束進(jìn)入鍍有分束膜的直角棱鏡6的斜邊面后透射，經(jīng)過鍍有分束膜的直角棱鏡6的直角邊折射后從其斜邊面透射出來，該光束與入射光線平行，其包含了滾轉(zhuǎn)角、俯仰角、水平直線度以及環(huán)境引起的光漂移信息。

設(shè)垂直入射到鍍有分束膜的直角棱鏡6上的入射光的方向矢量為i0＝[00-1]^t，由矢量矩陣法可知，當(dāng)測(cè)量平臺(tái)初始靜止時(shí)，經(jīng)鍍有分束膜的直角棱鏡6的反射和透射后光束的方向矢量分別為：

i1＝[001]^t，(1)，

i2＝[001]^t，(2)；

當(dāng)測(cè)量平臺(tái)發(fā)生移動(dòng)時(shí)，鍍有分束膜的直角棱鏡6隨之移動(dòng)，設(shè)其繞x、y、z軸分別有α、β、γ的旋轉(zhuǎn)角度，α為俯仰角、β為偏擺角、γ為滾轉(zhuǎn)角，繞坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)角的正負(fù)遵從右手定則。鍍有分束膜的直角棱鏡6在x、y、z軸上的旋轉(zhuǎn)矩陣分別為：

在α、β、γ均很小的情況下，旋轉(zhuǎn)順序的影響可忽略，略去高階小量后，鍍有分束膜的直角棱鏡6的旋轉(zhuǎn)矩陣為：

設(shè)鍍有分束膜的直角棱鏡6的各反射面的法線方向矢量為n＝[nx，ny，nz]，其反射矩陣為：

測(cè)量平臺(tái)移動(dòng)后，有n^r＝rn，則反射后的反射光束的方向矢量為：

其中，為反射矩陣m中的第一行組成的向量。入射光i0進(jìn)入折射率為n的鍍有分束膜的直角棱鏡6后，其方向矢量為：

在鍍有分束膜的直角棱鏡6內(nèi)經(jīng)一次反射后的方向矢量為：

在鍍有分束膜的直角棱鏡6內(nèi)兩次反射后的方向矢量為：

經(jīng)鍍有分束膜的直角棱鏡6返回的透射光束的方向矢量為：

步驟二：鍍有分束膜的直角棱鏡6的反射光束返回經(jīng)過四分之一波片5和偏振分光棱鏡4后，由位于聚焦透鏡13焦平面的位置敏感探測(cè)器ⅱ14接收，可實(shí)現(xiàn)俯仰角和偏擺角誤差測(cè)量。

反射光束經(jīng)四分之一波片5和偏振分光棱鏡4返回后，被偏振分光棱鏡4折射，進(jìn)入分束器ⅱ10，分束器ⅱ10分束的平行光通過聚焦透鏡ⅱ8，進(jìn)入位置敏感探測(cè)器ⅱ14接收。

鍍有分束膜的直角棱鏡的反射光束包含了俯仰角、偏擺角信息，當(dāng)沿被測(cè)導(dǎo)軌移動(dòng)的鍍有分束膜的直角棱鏡發(fā)生俯仰或者偏擺，對(duì)比公式(1)和(6)式，則經(jīng)其反射的光束將發(fā)生其2倍的角度偏向，經(jīng)聚焦透鏡聚焦于位置敏感探測(cè)器上的像點(diǎn)發(fā)生相應(yīng)的位移，有：

dy≈2fα,dx≈2fβ,(11)

式中，f為透鏡焦距，dx和dy分別為像點(diǎn)在位置敏感探測(cè)器上x軸和y軸方向的位移。位置敏感探測(cè)器輸出的光電信號(hào)經(jīng)過信號(hào)處理電路后，送入處理終端獲得包含激光光線漂移誤差的待測(cè)俯仰角和偏擺角誤差測(cè)量。則：

α≈dy/(2f)，β≈dx/(2f)，(12)

由(12)式即可實(shí)現(xiàn)俯仰角和偏擺角測(cè)量。

步驟三：分束后的透射光束進(jìn)行入鍍有分束膜的直角棱鏡，經(jīng)鍍有分束膜的直角棱鏡的直角邊折射后射出，經(jīng)分光器分束后到達(dá)四象限探測(cè)器并進(jìn)行接收處理，實(shí)現(xiàn)水平方向直線度誤差的測(cè)量。

鍍有分束膜的直角棱鏡6返回的透射光經(jīng)分束器ⅰ7分束，分束后的垂直光到達(dá)四象限探測(cè)器ⅱ12。當(dāng)發(fā)生待測(cè)直線度誤差時(shí)，透射光束在四象限探測(cè)器上的光斑位置發(fā)生變化，四象限探測(cè)器輸出的光電信號(hào)經(jīng)過信號(hào)處理電路后，送入處理終端獲得包含激光光線漂移的待測(cè)水平方向直線度誤差值。

當(dāng)鍍有分束膜的直角棱鏡沿被測(cè)導(dǎo)軌移動(dòng)時(shí)，被測(cè)導(dǎo)軌的直線度誤差δx將使鍍有分束膜的直角棱鏡發(fā)生相應(yīng)位移δx，由直角棱鏡特性可知，經(jīng)其透射返回的準(zhǔn)直光束在四象限探測(cè)器上的光斑位移為2δx，水平直線度即可實(shí)現(xiàn)測(cè)量。

步驟四：將鍍有分束膜的直角棱鏡的反射光束和進(jìn)入鍍有分束膜的直角棱鏡后射出的透射光束分別經(jīng)不同的分束器進(jìn)行分束，兩個(gè)不同的四象限探測(cè)器接收分束后的光束，差分運(yùn)算后實(shí)現(xiàn)滾轉(zhuǎn)角測(cè)量。

鍍有分束膜的直角棱鏡6透射后射出返回的光束，包含了滾轉(zhuǎn)角、俯仰角、水平直線度以及環(huán)境引起的光漂移信息。設(shè)鍍有分束膜的直角棱鏡6的斜邊長為l，入射光i0與出射光i2之間距離為d，由公式(2)、(7)～(9)式可知，測(cè)量平臺(tái)移動(dòng)后透射光束射出鍍有分束膜的直角棱鏡6時(shí)，在y方向位移量為：

δy＝d·γ-lα/n；(13)。

設(shè)鍍有分束膜的直角棱鏡6到透射光束上的四象限探測(cè)器ⅱ12的初始距離為z0，測(cè)量平臺(tái)沿z軸移動(dòng)距離為δz，對(duì)比公式(2)和(9)式可知，鍍有分束膜的直角棱鏡6隨測(cè)量平臺(tái)移動(dòng)后，透射光束同反射光束一樣發(fā)生了-2α俯仰角度的變化，其到達(dá)四象限探測(cè)器ⅱ12時(shí)在y方向的位移量為：

δy1＝δy+(z0+δz)(-2α)＝dγ+δy2(14)，

式中，δy2＝(-2α)(z0+δz+l/2n)(15)。

由公式(1)和(6)式可知，δy2可由與鍍有分束膜的直角棱,6相距z0+δz+l/2n的反射光束上的四象限探測(cè)器ⅰ11接收反射光束來獲得，則：實(shí)現(xiàn)滾轉(zhuǎn)角測(cè)量。

步驟五：將鍍有分束膜的直角棱鏡的反射光束和進(jìn)入鍍有分束膜的直角棱鏡后射出的透射光束分別經(jīng)不同的分束器進(jìn)行分束，兩束光束分別到達(dá)位于兩個(gè)聚焦透鏡焦平面的兩個(gè)位置敏感探測(cè)器并進(jìn)行接收處理，差分運(yùn)算后得到角度光漂量，然后在原各誤差測(cè)量值基礎(chǔ)上角度光漂量所引起的測(cè)量誤差，得到高精度的誤差測(cè)量值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)光漂補(bǔ)償。

步驟六：將鍍有分束膜的直角棱鏡旋轉(zhuǎn)90度，激光器發(fā)出激光，經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直后出射，出射光束經(jīng)過分光棱鏡和直角棱鏡向上平移，平移后的光束通過隔離器、偏振分光棱鏡、四分之一波片入射到位于測(cè)試平臺(tái)上的鍍有分束膜的直角棱鏡的斜邊面上，經(jīng)鍍有分束膜的直角棱鏡透射后，經(jīng)四分之一波片和偏振分光棱鏡反射、分束器透射后到達(dá)四象限探測(cè)器并接收處理，實(shí)現(xiàn)垂直方向直線度誤差的測(cè)量。

如圖3所示，隔離器15向上移動(dòng)，設(shè)置在直角棱鏡32的水平方向的后側(cè)。激光器1發(fā)出的激光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡2準(zhǔn)直出射后，該光束經(jīng)棱鏡組件3、四分之一波片5垂直入射到旋轉(zhuǎn)90度的鍍有分束膜的直角棱鏡6上。經(jīng)鍍有分束膜的直角棱鏡6透射后返回的光束中包含了垂直直線度信息，當(dāng)鍍有分束膜的直角棱鏡6沿測(cè)導(dǎo)軌移動(dòng)時(shí)，被測(cè)導(dǎo)軌的直線度誤差δy將使鍍有分束膜的直角棱鏡6發(fā)生相應(yīng)位移δy。由直角棱鏡特性可知，經(jīng)鍍有分束膜的直角棱鏡6透射返回的準(zhǔn)直光束再經(jīng)四分之一波片5、偏振分光棱鏡4、分束器ⅱ10，由四象限探測(cè)器接收ⅰ11，在四象限探測(cè)器ⅰ11上的產(chǎn)生的光斑位移為2δy，實(shí)現(xiàn)垂直直線度測(cè)量。

一種基于光束漂移補(bǔ)償?shù)奈遄杂啥日`差同時(shí)測(cè)量的裝置，包括固定單元101和移動(dòng)單元102，移動(dòng)單元102固定在測(cè)試平臺(tái)上；所述移動(dòng)單元102包括鍍有分束膜的直角棱鏡6，鍍有分束膜的直角棱鏡6固定在沿導(dǎo)軌移動(dòng)的測(cè)量平臺(tái)上；所述固定單元101包括由激光器1、準(zhǔn)直透鏡2、棱鏡組件3、偏振分光棱鏡4、四分之一波片5、隔離器15、分束器、四象限探測(cè)器、位置敏感探測(cè)器、聚焦透鏡和信號(hào)處理電路16，準(zhǔn)直透鏡2、棱鏡組件3、隔離器15、偏振分光棱鏡4和四分之一波片5依次設(shè)置在激光器1和鍍有分束膜的直角棱鏡6之間的光線上；所述分束器包括分束器ⅰ7和分束器ⅱ10，四象限探測(cè)器包括四象限探測(cè)器ⅰ11和四象限探測(cè)器ⅱ12，位置敏感探測(cè)器包括位置敏感探測(cè)器ⅰ9和位置敏感探測(cè)器ⅱ14，聚焦透鏡包括聚焦透鏡ⅰ8和聚焦透鏡ⅱ13，分束器ⅰ7和聚焦透鏡ⅰ8依次設(shè)置在鍍有分束膜的直角棱鏡6的透射光束的光線上，位置敏感探測(cè)器ⅰ9設(shè)置在聚焦透鏡ⅰ8的焦平面上，四象限探測(cè)器ⅱ12設(shè)置在分束器ⅰ7的光路上；分束器ⅱ10和四象限探測(cè)器ⅰ11設(shè)置在偏振分光棱鏡4的光路上，聚焦透鏡ⅱ13和位置敏感探測(cè)器ⅱ14設(shè)置在分束器ⅱ10的光路上，位置敏感探測(cè)器ⅱ14設(shè)置在聚焦透鏡ⅱ13的焦平面上；所述位置敏感探測(cè)器ⅰ9、位置敏感探測(cè)器ⅱ14、四象限探測(cè)器ⅰ11和四象限探測(cè)器ⅱ12均與信號(hào)處理電路16相連接，信號(hào)處理電路16與計(jì)算機(jī)17相連接。

優(yōu)選地，鍍有分束膜的直角棱鏡6固定在能旋轉(zhuǎn)90度的旋轉(zhuǎn)裝置上，旋轉(zhuǎn)裝置固定在測(cè)量平臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)裝置可以將鍍有分束膜的直角棱鏡6旋轉(zhuǎn)90度。所述棱鏡組件3包括分光棱鏡31和直角棱鏡32，直角棱鏡32設(shè)置在分光棱鏡31的上方。所激光器1為he-ne激光器或半導(dǎo)體激光器的激光器；所述準(zhǔn)直透鏡2是單透鏡或透鏡組。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。