基于反射鏡測(cè)頭一體化設(shè)計(jì)的超精密形位誤差測(cè)量?jī)x
1.本發(fā)明屬于精密測(cè)量設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種評(píng)定加工精度在微納米量級(jí)的微器件的形位誤差測(cè)量?jī)x器。
背景技術(shù)：
2.近年來(lái)，微電子技術(shù)的進(jìn)步在許多領(lǐng)域引發(fā)了一場(chǎng)微小型化革命，以微米加工、納米結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)為目的的微/納米技術(shù)在此背景下應(yīng)運(yùn)而生，出現(xiàn)了各種微/ 納米級(jí)的微器件，如微齒輪、微型孔、微型噴嘴、微型臺(tái)階等mems產(chǎn)品。
3.傳統(tǒng)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在面對(duì)幾何尺寸在數(shù)十微米至數(shù)毫米之間，尺寸不確定度在數(shù)十納米至數(shù)百納米的微納米器件測(cè)量場(chǎng)景時(shí)，測(cè)量精度和測(cè)量尺寸無(wú)法滿足這些器件的三維精密測(cè)量要求。與此同時(shí)，分辨力在納米和皮米量級(jí)的掃描探針顯微鏡(spm)、激光外差干涉技術(shù)等方法測(cè)量范圍小，探針短，無(wú)法滿足微納米級(jí)器件的三維測(cè)量要求。因此，現(xiàn)有的工業(yè)界和學(xué)術(shù)界迫切需求一種可測(cè)量三維器件尺寸及形位誤差、分辨力在微納米量級(jí)的測(cè)量設(shè)備來(lái)可靠的評(píng)價(jià)形狀復(fù)雜的微納米級(jí)微器件。
4.發(fā)明專利“小型微納米級(jí)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)”(公開(kāi)號(hào)：cn104457563a，李志剛) 提供了一種小型微納米三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，該發(fā)明利用納米定位工作臺(tái)、ccd組件和測(cè)頭，設(shè)計(jì)了一種小型微納米級(jí)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，該微納米三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)成本較低，但是無(wú)法測(cè)量復(fù)雜形狀的零件尺寸及形位誤差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
5.針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于反射鏡測(cè)頭一體化設(shè)計(jì)的超精密形位誤差測(cè)量?jī)x，不僅可以適應(yīng)和滿足對(duì)形狀復(fù)雜零件尺寸及形位誤差的微納米級(jí)精密測(cè)量使用、而且實(shí)現(xiàn)測(cè)量精準(zhǔn)度高、測(cè)量重復(fù)性好、測(cè)量速度快、效率高的目的。
6.為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供的一個(gè)技術(shù)方案如下：基于反射鏡測(cè)頭一體化設(shè)計(jì)的超精密形位誤差測(cè)量?jī)x，包括主機(jī)座，在所述主機(jī)座的上側(cè)間隔設(shè)置有立向支撐柱，兩根所述立向支撐柱的頂部設(shè)置有軸座；所述主機(jī)座上側(cè)且位于兩根立向支撐柱之間設(shè)置有橫向縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述橫向縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)的上側(cè)面設(shè)置角度位移測(cè)量組件；
7.所述軸座上沿豎直方向滑動(dòng)設(shè)置有立軸；所述軸座上設(shè)置有控制所述立軸沿豎直方向移動(dòng)的立軸納米電機(jī)，以及設(shè)置緩沖氣缸對(duì)立軸進(jìn)行重力補(bǔ)償；
8.所述立軸豎直兩側(cè)，靠近探針組件的一端分別開(kāi)設(shè)固定槽，所述緩沖氣缸由緩沖氣缸固定塊固定安裝于所述立向連接孔內(nèi)壁，且緩沖氣缸的伸縮端連接所述固定槽內(nèi)壁；探針組件由立向連接塊連接至立軸下端面；
9.所述角度位移測(cè)量組件由立向連接塊、第一激光干涉儀、第二激光干涉儀、縱向激光干涉儀、縱向干涉儀底座、測(cè)量支撐架組成，第一激光干涉儀、第二激光干涉儀安裝于測(cè)量支撐架上端斜面、縱向激光干涉儀安裝于縱向干涉儀底座上端面，測(cè)量支撐架相對(duì)空間
內(nèi)側(cè)樣品固配面處安裝有回轉(zhuǎn)軸；所述角度位移測(cè)量組件安裝于橫向運(yùn)動(dòng)塊上端面；
10.所述探針組件由第一激光反射鏡、第二激光反射鏡、縱向激光反射鏡、探針組成，第一激光反射鏡、第二激光反射鏡、縱向激光反射鏡正交安裝；探針安裝于第一激光反射鏡、第二激光反射鏡、縱向激光反射鏡相對(duì)空間內(nèi)側(cè)；
11.所述探針組件安裝于角度位移測(cè)量組件相對(duì)空間內(nèi)側(cè)；
12.所述縱向干涉儀底座、測(cè)量支撐架、立向連接塊、第一激光反射鏡、第二激光反射鏡及縱向激光反射鏡由微晶玻璃制成；
13.所述第一激光干涉儀、第二激光干涉儀、縱向激光干涉儀產(chǎn)生測(cè)距激光光線匯聚于探針測(cè)頭測(cè)球；
14.優(yōu)選的，所述橫向縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)可帶動(dòng)所述角度位移測(cè)量組件沿橫向和縱向移動(dòng)。
15.優(yōu)選的，所述軸座沿豎直方向開(kāi)設(shè)有貫穿的立向連接孔，所述立向連接孔內(nèi)壁開(kāi)設(shè)有安裝槽；立軸納米電機(jī)安裝于所述安裝槽內(nèi)，所述立軸納米電機(jī)輸出軸沿直線移動(dòng)，且可帶動(dòng)所述立軸沿豎直方向滑動(dòng)。
16.優(yōu)選的，所述探針可與在所述角度位移測(cè)量組件上放置的樣品進(jìn)行抵接測(cè)量。
17.優(yōu)選的，所述橫向縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)控制所述角度位移測(cè)量組件在橫向和縱向移動(dòng)，所述立軸納米電機(jī)控制所述立軸在豎直方向移動(dòng)探針；
18.所述縱向激光干涉儀獲取位移為x
″
，獲取偏航角為ry，獲取俯仰角為rz；
19.所述第一激光干涉儀獲取位移為y
″
，獲取旋轉(zhuǎn)角r
x
；
20.所述第二激光干涉儀通過(guò)獲取立向軸位移為z
″
；
21.根據(jù)補(bǔ)償公式計(jì)算被測(cè)樣件補(bǔ)償后的橫向軸位移x
′
、縱向軸位移y
′
、立向軸位移z
′
；
22.所述補(bǔ)償公式為：
[0023][0024]
優(yōu)選的，在待測(cè)件坐標(biāo)系中，對(duì)待測(cè)件進(jìn)行測(cè)量時(shí)，所述橫向縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)控制所述角度位移測(cè)量組件在橫向和縱向移動(dòng)，所述立軸納米電機(jī)控制所述立軸在豎直方向移動(dòng)探針；得到第i次待檢測(cè)位置點(diǎn)的坐標(biāo)(ai′
，bi′
，ci′
)，i＝1，...，n；
[0025]
第i次待檢測(cè)位置點(diǎn)的坐標(biāo)(ai′
，bi′
，ci′
)，i＝1，...，n需要通過(guò)轉(zhuǎn)換公式(1)轉(zhuǎn)換至標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系中，得到坐標(biāo)(ai，bi，ci)，i＝1，...，n
[0026]
轉(zhuǎn)換公式(1)為：
[0027]
其中：θ＝135
°
[0028]
回轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)待測(cè)樣件轉(zhuǎn)動(dòng)角度轉(zhuǎn)動(dòng)角度后，所述橫向縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)控制所述角度位移測(cè)量組件在橫向和縱向移動(dòng)，所述立軸納米電機(jī)控制所述立軸在豎直方向移動(dòng)
探針；在儀器坐標(biāo)系下獲取第j次待檢測(cè)位置點(diǎn)的坐標(biāo) (a2j，b2j，c2j)，j＝n+1，...，n+k，其中，n、k為整數(shù)；
[0029]
將表面坐標(biāo)(a2j，b2j，c2j)通過(guò)轉(zhuǎn)換公式(2)轉(zhuǎn)換至所述標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系中，得到坐標(biāo)(aj,bj,cj)；其中，轉(zhuǎn)換公式(2)為：
[0030][0031]
若干待檢測(cè)位置點(diǎn)坐標(biāo)(aj,bj,cj)和若干待檢測(cè)位置點(diǎn)坐標(biāo)值(ai,bi,ci)結(jié)合，獲取一組待測(cè)件表面坐標(biāo)集(ai，bi，ci)，i＝1，...，n+k。
[0032]
本發(fā)明提供了一種基于反射鏡測(cè)頭一體化設(shè)計(jì)的超精密形位誤差測(cè)量?jī)x，本發(fā)明使用激光干涉儀測(cè)量探針和待測(cè)件之間的相對(duì)位移，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)消除了阿貝誤差，可以在xyz三軸方向獲得亞納米級(jí)的測(cè)量精度，其精度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)尺寸及形位誤差測(cè)量?jī)x器，具有結(jié)構(gòu)獨(dú)特、合理、適用能力強(qiáng)、適用范圍廣、測(cè)量精度高、速度快、重復(fù)性好的特點(diǎn)。
[0033]
具體的，本發(fā)明的技術(shù)創(chuàng)新性及產(chǎn)生的良好效果在于：
[0034]
1)本發(fā)明提出的測(cè)量結(jié)構(gòu)中探針位移測(cè)量和探針觸測(cè)點(diǎn)位于同一條直線上，通過(guò)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新消除了一階測(cè)量誤差，實(shí)現(xiàn)高測(cè)量精度。
[0035]
2)本發(fā)明提出的立向連接塊、反射鏡及激光干涉儀安裝架采用微晶玻璃制作，確保了激光干涉儀和反射鏡組位置不受超精密儀器主要誤差——熱膨脹影響，可以極大的提高測(cè)量精度。
[0036]
3)本發(fā)明提出的探針組件及角度位移測(cè)量組件可移植安裝至現(xiàn)有低精度形位誤差測(cè)量?jī)x中，使得低精度形位誤差測(cè)量?jī)x也具有高精度測(cè)量微納米級(jí)微器件的能力。
[0037]
4)本發(fā)明使用激光干涉儀對(duì)探針和待測(cè)件之間的相對(duì)位移和相對(duì)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，對(duì)位移誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，可以實(shí)現(xiàn)待測(cè)件表面形位誤差的超高精度測(cè)量。
[0038]
本發(fā)明中的探針和立方體式反射鏡塊結(jié)合，配合角度位移測(cè)量組件，通過(guò)橫向縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)及縱向納米驅(qū)動(dòng)電機(jī)實(shí)現(xiàn)探針和待測(cè)件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了高測(cè)量精度。
附圖說(shuō)明
[0039]
圖1為本發(fā)明基于反射鏡測(cè)頭一體化設(shè)計(jì)的超精密形位誤差測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]
圖2為圖1本發(fā)明基于反射鏡測(cè)頭一體化設(shè)計(jì)的超精密形位誤差測(cè)量?jī)x的探針組件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]
圖3為圖1本發(fā)明基于反射鏡測(cè)頭一體化設(shè)計(jì)的超精密形位誤差測(cè)量?jī)x的角度位移測(cè)量組件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]
圖4為本發(fā)明基于反射鏡測(cè)頭一體化設(shè)計(jì)的超精密形位誤差測(cè)量?jī)x突出驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的示意圖；
[0043]
圖中附圖標(biāo)記：100、主機(jī)座；200、立向支撐柱；300、軸座；400、橫向縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)；410、縱向?qū)к墸?20、橫向?qū)к墸?30、橫向運(yùn)動(dòng)塊；500、探針組件；510、立向連接塊；520、第一激光反射鏡；530、第二激光反射鏡；540、縱向激光反射鏡；550、探針；600、角度位移測(cè)量組
件；610、第一激光干涉儀； 620、第二激光干涉儀；630、縱向激光干涉儀；640、縱向干涉儀底座；650、回轉(zhuǎn)軸；660、測(cè)量支撐架；670、樣品固配面；700、立向移動(dòng)機(jī)構(gòu)；710、立軸； 720、立軸納米電機(jī)；730、緩沖氣缸；740、氣缸固定塊；750、立向連接孔；760、安裝槽；770、固定槽；
具體實(shí)施方式
[0044]
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(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。
[0045]
實(shí)施例
[0046]
本發(fā)明提供了一種基于反射鏡測(cè)頭一體化設(shè)計(jì)的超精密形位誤差測(cè)量?jī)x，參見(jiàn)圖1-圖4，包括主機(jī)座100，在所述主機(jī)座100的上側(cè)間隔設(shè)置有立向支撐柱200，兩根所述立向支撐柱200的頂部設(shè)置有軸座300；所述主機(jī)座100上側(cè)且位于兩根立向支撐柱200之間設(shè)置有橫向縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)400，所述橫向縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)400的上側(cè)面設(shè)置角度位移測(cè)量組件600；
[0047]
所述軸座300上沿豎直方向滑動(dòng)設(shè)置有立軸710；所述軸座300上設(shè)置有控制所述立軸710沿豎直方向移動(dòng)的立軸納米電機(jī)720，以及設(shè)置緩沖氣缸730對(duì)立軸710進(jìn)行重力補(bǔ)償；
[0048]
所述立軸710豎直兩側(cè)，靠近探針組件500的一端分別開(kāi)設(shè)固定槽770，所述緩沖氣缸730由緩沖氣缸固定塊740固定安裝于所述立向連接孔750內(nèi)壁，且緩沖氣缸730的伸縮端連接所述固定槽770內(nèi)壁；探針組件500由立向連接塊510連接至立軸710下端面；
[0049]
所述角度位移測(cè)量組件600由第一激光干涉儀610、第二激光干涉儀620、縱向激光干涉儀630、縱向干涉儀底座640、測(cè)量支撐架660組成，第一激光干涉儀610、第二激光干涉儀620安裝于測(cè)量支撐架660上端斜面、縱向激光干涉儀630安裝于縱向干涉儀底座640上端面，測(cè)量支撐架660相對(duì)空間內(nèi)側(cè)樣品固配面670處安裝有回轉(zhuǎn)軸650；所述角度位移測(cè)量組件600安裝于橫向運(yùn)動(dòng)塊 430上端面；
[0050]
所述探針組件500由立向連接塊510、第一激光反射鏡520、第二激光反射鏡530、縱向激光反射鏡540、探針550組成，第一激光反射鏡520、第二激光反射鏡530、縱向激光反射鏡540正交安裝；探針550安裝于第一激光反射鏡 520、第二激光反射鏡530、縱向激光反射鏡540相對(duì)空間內(nèi)側(cè)；
[0051]
所述探針組件500安裝于角度位移測(cè)量組件600相對(duì)空間內(nèi)側(cè)；
[0052]
所述縱向干涉儀底座640、測(cè)量支撐架660、立向連接塊510、第一激光反射鏡520、第二激光反射鏡530及縱向激光反射鏡540由微晶玻璃制成；
[0053]
所述第一激光干涉儀610、第二激光干涉儀620、縱向激光干涉儀630產(chǎn)生測(cè)距功能激光光線匯聚于探針550測(cè)頭測(cè)球；第一激光干涉儀610、第二激光干涉儀620、縱向激光干涉儀630發(fā)射激光光線包含測(cè)距功能激光光線及測(cè)角功能激光光線；
[0054]
進(jìn)一步的，所述橫向縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)400可帶動(dòng)所述角度位移測(cè)量組件600 沿橫向和縱向移動(dòng)。
[0055]
進(jìn)一步的，所述軸座300沿豎直方向開(kāi)設(shè)有貫穿的立向連接孔750，所述立向連接孔750內(nèi)壁開(kāi)設(shè)有安裝槽760；立軸納米電機(jī)720安裝于所述安裝槽760 內(nèi)，所述立軸納米電
機(jī)720輸出軸沿直線移動(dòng)，且可帶動(dòng)所述立軸600沿豎直方向滑動(dòng)。
[0056]
進(jìn)一步的，所述探針550可與在所述角度位移測(cè)量組件600上放置的樣品進(jìn)行抵接測(cè)量。
[0057]
其中，上文提到的立軸納米電機(jī)720為現(xiàn)有技術(shù)，其可以是論文《一種雙足驅(qū)動(dòng)壓電直線電機(jī)》中的直線電機(jī)，或者其他可以實(shí)現(xiàn)直線移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在此不限。
[0058]
其中，上文提到的橫向縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)400為現(xiàn)有技術(shù)，其可以是論文《designand control of a dual-stage feed drive》中的二維位移臺(tái)，或者其他可以實(shí)現(xiàn)橫向縱向移動(dòng)的二維位移臺(tái)，在此不限。
[0059]
配裝在回轉(zhuǎn)軸650上的待測(cè)件沿橫向或縱向移動(dòng)時(shí)，或立軸沿立向移動(dòng)時(shí)，均會(huì)產(chǎn)生三個(gè)角度誤差，即俯仰角、偏航角、旋轉(zhuǎn)角，俯仰角是指探針組件繞垂直第一激光反射鏡軸線方向產(chǎn)生的角度值ry，旋轉(zhuǎn)角是指探針組件繞垂直縱向激光反射鏡軸線方向產(chǎn)生的角度值r
x
，偏航角是指繞探針組件繞垂直第二激光反射鏡軸線方向產(chǎn)生的角度值rz，其中儀器在測(cè)量過(guò)程中，需要對(duì)俯仰角、偏航角、旋轉(zhuǎn)角導(dǎo)致的三軸位移測(cè)量誤差進(jìn)行補(bǔ)償。
[0060]
補(bǔ)償過(guò)程如下，通過(guò)橫向縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)400控制所述角度位移測(cè)量組件600 在橫向和縱向移動(dòng)，所述立軸納米電機(jī)720控制所述立軸710在豎直方向移動(dòng)探針550；所述縱向激光干涉儀630獲取位移為x
″
，獲取偏航角為ry，獲取俯仰角為rz；所述第一激光干涉儀610獲取位移為y
″
，獲取旋轉(zhuǎn)角r
x
；所述第二激光干涉儀620通過(guò)獲取立向軸位移為z
″
；根據(jù)補(bǔ)償公式計(jì)算被測(cè)樣件補(bǔ)償后的橫向軸位移x
′
、縱向軸位移y
′
、立向軸位移z
′
；
[0061]
補(bǔ)償公式為：
[0062][0063]
在對(duì)待測(cè)件進(jìn)行測(cè)量時(shí)，在儀器坐標(biāo)系中，通過(guò)橫向縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)400控制所述角度位移測(cè)量組件600在橫向和縱向移動(dòng)，所述立軸納米電機(jī)720控制所述立軸710在豎直方向移動(dòng)探針550；當(dāng)探針550與被測(cè)樣件接觸，在探針 550反饋達(dá)到設(shè)定閾值后，該接觸位置為待檢測(cè)位置點(diǎn)，
[0064]
在儀器坐標(biāo)系中，探針550和待測(cè)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，不斷移動(dòng)探針550和待測(cè)件接觸，當(dāng)探針550與被測(cè)樣件接觸時(shí)，該接觸位置設(shè)定為第i次待檢測(cè)位置點(diǎn)，依據(jù)第一激光干涉儀610、第二激光干涉儀620、縱向激光干涉儀630補(bǔ)償后的位移值，在儀器坐標(biāo)系中，得到第i次待檢測(cè)位置點(diǎn)的坐標(biāo)(ai′
，bi′
，ci′
)， i＝1，...，n；第i次待檢測(cè)位置點(diǎn)的坐標(biāo)(ai′
，bi′
，ci′
)，i＝1，...，n需要通過(guò)轉(zhuǎn)換公式 1轉(zhuǎn)換至標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系中，得到坐標(biāo)(ai，bi，ci)，i＝1，...，n
[0065]
轉(zhuǎn)換公式1為：
[0066][0067]
本實(shí)施例中，θ＝135
°
[0068]
若回轉(zhuǎn)軸650配合測(cè)量，回轉(zhuǎn)軸650帶動(dòng)待測(cè)樣件轉(zhuǎn)動(dòng)角度轉(zhuǎn)動(dòng)角度后，所述橫向縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)400控制所述角度位移測(cè)量組件600在橫向和縱向移動(dòng)，所述立軸納米電機(jī)720控制所述立軸710在豎直方向移動(dòng)探針550，在儀器坐標(biāo)系下獲取第j次待檢測(cè)位置點(diǎn)的坐標(biāo)(a2j，b2j，c2j)，j＝n+1，...，n+k，其中，n、k為整數(shù)；
[0069]
由于回轉(zhuǎn)軸650帶動(dòng)待測(cè)件發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)前探針550與被測(cè)樣件接觸時(shí)，該接觸位置設(shè)定為第i次待檢測(cè)位置點(diǎn)，得到一組坐標(biāo)值(ai，bi，ci)，i＝1，...，n；旋轉(zhuǎn)后，探針550與被測(cè)樣件接觸時(shí)，該接觸位置設(shè)定為第j次待檢測(cè)位置點(diǎn)，得到這一組新的坐標(biāo)值(a2j，b2j，c2j)，j＝n+1,
…
,n+k所處坐標(biāo)系也發(fā)生了變化，需要將旋轉(zhuǎn)后得到的這一組新的坐標(biāo)值(a2j，b2j，c2j)，j＝n+1,
…
,n+ k通過(guò)轉(zhuǎn)換公式2處理，將表面坐標(biāo)(a2j，b2j，c2j)轉(zhuǎn)換至所述標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系中，得到坐標(biāo)(aj,bj,cj)；其中，轉(zhuǎn)換公式2為：
[0070][0071]
若干待檢測(cè)位置點(diǎn)坐標(biāo)(aj,bj,cj)和若干待檢測(cè)位置點(diǎn)坐標(biāo)值(ai,bi,ci)結(jié)合，獲取一組待測(cè)件表面坐標(biāo)集(ai，bi，ci)，i＝1，...，n+k。
[0072]
若不使用回轉(zhuǎn)軸650，根據(jù)橫向激光干涉儀510、縱向激光干涉儀520、立向激光干涉儀530可測(cè)得各軸位移為x
′
，y
′
，z
′
，當(dāng)探針判定一次合格的接觸后，依據(jù)各軸位移x
′
，y
′
，z
′
經(jīng)過(guò)誤差補(bǔ)償、數(shù)據(jù)處理后，即可獲得待測(cè)件表面的一個(gè)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)(x,y,z)，通過(guò)對(duì)待測(cè)件表面的若干測(cè)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜形狀待測(cè)件的形位誤差的高精度測(cè)量。
[0073]
在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。
[0074]
在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接、可以是機(jī)械連接，也可以是電連接、可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0075]
以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
技術(shù)特征：
1.一種基于反射鏡測(cè)頭一體化設(shè)計(jì)的超精密形位誤差測(cè)量?jī)x，其特征在于：包括主機(jī)座(100)，在所述主機(jī)座(100)的上側(cè)間隔設(shè)置有立向支撐柱(200)，兩根所述立向支撐柱(200)的頂部設(shè)置有軸座(300)；所述主機(jī)座(100)上側(cè)且位于兩根立向支撐柱(200)之間設(shè)置有橫向縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)(400)，所述橫向縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)(400)的上側(cè)面設(shè)置角度位移測(cè)量組件(600)；所述軸座(300)上沿豎直方向滑動(dòng)設(shè)置有立軸(710)；所述軸座(300)上設(shè)置有控制所述立軸(710)沿豎直方向移動(dòng)的立軸納米電機(jī)(720)，以及設(shè)置緩沖氣缸(730)對(duì)立軸(710)進(jìn)行重力補(bǔ)償；所述立軸(710)豎直兩側(cè)，靠近探針組件(500)的一端分別開(kāi)設(shè)固定槽(770)，所述緩沖氣缸(730)由緩沖氣缸固定塊(740)固定安裝于所述立向連接孔(750)內(nèi)壁，且緩沖氣缸(730)的伸縮端連接所述固定槽(770)內(nèi)壁；探針組件(500)由立向連接塊(510)連接至立軸(710)下端面；所述角度位移測(cè)量組件(600)由第一激光干涉儀(610)、第二激光干涉儀(620)、縱向激光干涉儀(630)、縱向干涉儀底座(640)、測(cè)量支撐架(660)組成，第一激光干涉儀(610)、第二激光干涉儀(620)安裝于測(cè)量支撐架(660)上端斜面、縱向激光干涉儀(630)安裝于縱向干涉儀底座(640)上端面，測(cè)量支撐架(660)相對(duì)空間內(nèi)側(cè)樣品固配面(670)處安裝有回轉(zhuǎn)軸(650)；所述角度位移測(cè)量組件(600)安裝于橫向運(yùn)動(dòng)塊(430)上端面；所述探針組件(500)由立向連接塊(510)、第一激光反射鏡(520)、第二激光反射鏡(530)、縱向激光反射鏡(540)、探針(550)組成，第一激光反射鏡(520)、第二激光反射鏡(530)、縱向激光反射鏡(540)正交安裝；探針(550)安裝于第一激光反射鏡(520)、第二激光反射鏡(530)、縱向激光反射鏡(540)相對(duì)空間內(nèi)側(cè)；所述探針組件(500)安裝于角度位移測(cè)量組件(600)相對(duì)空間內(nèi)側(cè)；所述縱向干涉儀底座(640)、測(cè)量支撐架(660)、立向連接塊(510)、第一激光反射鏡(520)、第二激光反射鏡(530)及縱向激光反射鏡(540)由微晶玻璃制成；所述第一激光干涉儀(610)、第二激光干涉儀(620)、縱向激光干涉儀(630)產(chǎn)生測(cè)距激光光線匯聚于探針(550)測(cè)頭測(cè)球。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于反射鏡測(cè)頭一體化設(shè)計(jì)的超精密形位誤差測(cè)量?jī)x，其特征在于：所述橫向縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)(400)可帶動(dòng)所述角度位移測(cè)量組件(600)沿橫向和縱向移動(dòng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于反射鏡測(cè)頭一體化設(shè)計(jì)的超精密形位誤差測(cè)量?jī)x，其特征在于：所述軸座(300)沿豎直方向開(kāi)設(shè)有貫穿的立向連接孔(750)，所述立向連接孔(750)內(nèi)壁開(kāi)設(shè)有安裝槽(760)；立軸納米電機(jī)(720)安裝于所述安裝槽(760)內(nèi)，所述立軸納米電機(jī)(720)輸出軸沿直線移動(dòng)，且可帶動(dòng)所述立軸(710)沿豎直方向滑動(dòng)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于反射鏡測(cè)頭一體化設(shè)計(jì)的超精密形位誤差測(cè)量?jī)x，其特征在于：所述探針(550)可與在所述角度位移測(cè)量組件(600)上放置的樣品進(jìn)行抵接測(cè)量。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于反射鏡測(cè)頭一體化設(shè)計(jì)的超精密形位誤差測(cè)量?jī)x，其特征在于：所述橫向縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)(400)控制所述角度位移測(cè)量組件(600)在橫向和縱向移動(dòng)，所
述立軸納米電機(jī)(720)控制所述立軸(710)在豎直方向移動(dòng)探針(550)；所述縱向激光干涉儀(630)獲取位移為x
″
，獲取偏航角為r
y
，獲取俯仰角為r
z
；所述第一激光干涉儀(610)獲取位移為y
″
，獲取旋轉(zhuǎn)角r
x
；所述第二激光干涉儀(620)通過(guò)獲取立向軸位移為z
″
；根據(jù)補(bǔ)償公式計(jì)算被測(cè)樣件補(bǔ)償后的橫向軸位移x
′
、縱向軸位移y
′
、立向軸位移z
′
；所述補(bǔ)償公式為：6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于反射鏡測(cè)頭一體化設(shè)計(jì)的超精密形位誤差測(cè)量?jī)x，其特征在于：在待測(cè)件坐標(biāo)系中，對(duì)待測(cè)件進(jìn)行測(cè)量時(shí)，所述橫向縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)(400)控制所述角度位移測(cè)量組件(600)在橫向和縱向移動(dòng)，所述立軸納米電機(jī)(720)控制所述立軸(710)在豎直方向移動(dòng)探針(550)；得到第i次待檢測(cè)位置點(diǎn)的坐標(biāo)(a
i
′
，b
i
′
，c
i
′
)，i＝1，...，n；第i次待檢測(cè)位置點(diǎn)的坐標(biāo)(a
i
′
，b
i
′
，c
i
′
)，i＝1，...，n需要通過(guò)轉(zhuǎn)換公式(1)轉(zhuǎn)換至標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系中，得到坐標(biāo)(a
i
，b
i
，c
i
)，i＝1，...，n轉(zhuǎn)換公式(1)為：其中：θ＝135
°
回轉(zhuǎn)軸(650)帶動(dòng)待測(cè)樣件轉(zhuǎn)動(dòng)角度轉(zhuǎn)動(dòng)角度后，所述橫向縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)(400)控制所述角度位移測(cè)量組件(600)在橫向和縱向移動(dòng)，所述立軸納米電機(jī)(720)控制所述立軸(710)在豎直方向移動(dòng)探針(550)，在儀器坐標(biāo)系下獲取第j次待檢測(cè)位置點(diǎn)的坐標(biāo)(a2
j
，b2
j
，c2
j
)，j＝n+1，...，n+k，其中，n、k為整數(shù)；將表面坐標(biāo)(a2
j
，b2
j
，c2
j
)通過(guò)轉(zhuǎn)換公式轉(zhuǎn)換至所述標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系中，得到坐標(biāo)(a
j
,b
j
,c
j
)；其中，轉(zhuǎn)換公式(2)為：若干待檢測(cè)位置點(diǎn)坐標(biāo)(a
j
,b
j
,c
j
)和若干待檢測(cè)位置點(diǎn)坐標(biāo)值(a
i
,b
i
,c
i
)結(jié)合，獲取一組待測(cè)件表面坐標(biāo)集(a
i
，b
i
，c
i
)，i＝1，...，n+k。
技術(shù)總結(jié)
基于反射鏡測(cè)頭一體化設(shè)計(jì)的超精密形位誤差測(cè)量?jī)x屬于精密測(cè)量?jī)x器；本測(cè)量?jī)x中探針與第一激光反射鏡、第二激光反射鏡、縱向激光反射鏡一體化設(shè)計(jì)，置于角度位移測(cè)量組件相對(duì)內(nèi)側(cè)空間；探針及激光干涉儀固定于零膨脹微晶玻璃上，消除了超精密測(cè)量?jī)x器中熱膨脹誤差對(duì)測(cè)量精度的影響；使用激光干涉儀測(cè)量角度和位移，在三軸方向獲得亞納米測(cè)量精度的同時(shí)，使得儀器可以實(shí)時(shí)補(bǔ)償測(cè)量誤差；本發(fā)明兼具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和高測(cè)量精度的特性，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)微納米級(jí)微器件的超精密測(cè)量。微器件的超精密測(cè)量。微器件的超精密測(cè)量。
