CN115096209A - 一种非接触式辅助定位激光干涉测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于高精度测量技术领域，具体涉及一种非接触式辅助定位激光干涉测量系统，包括用于产生至少两种不同波长的单色光的光源、基于干涉远离测量面型的测量头以及基于干涉测量搭建的参考系组件。采用至少两种颜色的单色光作为干涉光，采用参考测量头以及参考面作为测量头的位置参考，可以使干涉测量系统的测量精度达到纳米级别，同时有益于测量头的大范围移动。本发明适用于大口径、大倾角面形的测量，解决了传统接触式或非接触式测量系统测量精度被机械运动所制约、白光干涉测量范围小的缺陷。

Description

一种非接触式辅助定位激光干涉测量系统

技术领域

本发明属于高精度测量技术领域，具体涉及一种非接触式辅助定位激光干涉测量系统。

背景技术

随着科学技术的迅猛发展，对光学、半导体电子学、精密工程、天文学和航空航天工程等零件或元件的精加工或超精加工的尺寸或形状精度要求越来越高，进一步对微结构表面形貌测量系统的要求也越来越高。根据测量精度和范围的不同，可分为精密测量(0.5～0.05μm)，超精密测量(0.05～0.005μm)，纳米精度测量(5～0.05nm)。

传统的接触式测量技术，由于触针在测量时针尖直接和检测面接触，对于硬度较软材料(如薄膜、铝等)的检测面轮廓测量，针尖将不可避免的损伤检测面，使得测量无法达到要求。对于硬度较大材料(如弹头、弹壳等)的检测面轮廓测量，虽然可以实现测量，但或多或少都会在检测面留下划痕等损伤。

目前，非接触式表面轮廓测量技术的研究获得越来越多的关注，基于光学干涉原理的技术是非接触测量应用最多的一种方法。在干涉测量技术中，单波长干涉测量技术的测量精度最高，但是该技术在测量台阶、段差等形貌时存在相位模糊的问题，测量范围无法突破λ/2，测量范围较小。白光干涉显微技术测量范围大于单波长干涉测量技术，但是测量效率低，且测量精度严重受PZT(压电陶瓷驱动器)模块相移精度的影响，此外受到结构和原理限制，测量面形的尺寸和倾角相对较小，对大口径、大倾角面形的测量适用性较差，如果要对整个面形进行测量，需要进行视场拼接，拼接精度和机械移动精度都会影响最终面形的测量精度，所以，受PZT移相精度、图像拼接精度、机械轴移动精度等的影响，对大口径、大倾角、台阶面、自由曲面的测量精度仍需要进一步提高。激光干涉移相显微测量技术的测量精度高于白光干涉技术，但是测量范围有限，难以测量大倾角、段差等面形，测量大口径面形时，测量精度受机械移动精度的制约，机械轴误差大多在微米级范围。

随着光学精密加工的快速发展，由小到大(如1mm～900mm等，或者其它口径)口径面形、小到大倾角面形(如0～90°)、非球面、台阶面等特殊面形的应用越来越广泛，如高端照相机、摄像机、各种光学测量仪器、手机镜头、航空航天光学元件等。目前，市场上对高灵活性和高精度的测量仪器需求越来越广泛。

采用多波长(≥2波长)干涉测量技术，通过等效波长法，并借助于一定的辅助手段，可以克服单波长绝对干涉测长的困难，极大提高测量范围。另外，结合相位调制技术，在较大测量范围内仍可以确保良好的测量精度。

然而，传统多波长干涉测量技术仍存在以下几个问题：第一，多波长干涉显微测量技术采用白光光源与带通滤光片组合，以获得单色相干光，在测量时需要依次转动滤光轮，实现不同波长信号的采集，测量效率低，难以测量大口径、大倾角面形，且光源的相干性和稳定性不如激光光源，测量精度长期稳定性受到制约；第二，为了实现大口径、大倾角及特殊面形的测量，测量头需要进行移动，但是测量头在机械轴带动下移动时，会引入机械轴移动误差(机械轴移动误差通常为微米级，甚至更高，对于纳米精度的测量仪器来讲，误差太大)，影响最终测量结果的精度。第三，传统单一测量产品的灵活性不够，难以同时兼顾小口径、大口径、小倾角、大倾角、大段差等面形的测量，产品适用范围有限。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种非接触式辅助定位激光干涉测量系统，采用至少两种颜色的单色光作为干涉光，采用参考测量头以及参考面作为测量头的位置参考，可以使干涉测量系统的测量精度达到纳米级别，同时有益于测量头的大范围移动。本发明适用于大口径、大倾角面形的测量，解决了传统接触式或非接触式测量系统测量精度被机械运动所制约、白光干涉测量范围小的缺陷。

为了达到上述技术目的，本发明所采用的具体技术方案为：

一种非接触式辅助定位激光干涉测量系统，包括：

光源，用于产生至少两种不同波长的单色光；

测量头，基于所述光源的至少两种不同波长的单色光照射在被测物体上，接收所述被测物体反射的所述单色光，使被测物体反射的所述单色光与一部分入射至所述测量头的所述单色光产生干涉；

运动组件，带动所述测量头和/或所述被测物进体行运动，使所述被测物体的被测区域处于所述测量头的探测范围内；

参考系组件，包括参考面及参考测量头；所述参考测量头和参考面之一形成所述测量头的位置参考；所述参考测量头基于所述光源的单色光照射在所述参考面上，接收所述参考面反射的所述单色光，使参考面所反射的所述单色光与一部分入射至所述参考测量头的所述单色光产生干涉。

进一步的，所述干涉测量系统还包括计算模块；所述计算模块基于参考测量头所产生的干涉条纹的变化规律确定所述测量头与所述参考面之间的相对位移信息；基于在所述测量头与所述被测物体产生相对位置变化时所述测量头所产生的干涉条纹的变化规律、所述位置参考及所述相对位移信息，确定所述被测物体的表面形状。

进一步的，所述测量头和所述参考测量头至少之一设置为包括：

光线传递口，连接所述光源及所述计算模块；

准直透镜，将所述光线传递口的入射光线折射为平行光；

分光镜，将所述平行光的一部分透射一部分原路反射；

其中：所述分光镜所透射的所述平行光到达所述被测物体并被所述被测物体反射回所述分光镜的所述单色光形成测量光，经所述分光镜原路反射的所述平行光形成参考光；

所述测量头还包括相位调制模块，所述相位调制模块用于调整所述测量光与所述参考光之间的光程差。

进一步的，所述测量头还包括聚焦透镜；所述聚焦透镜设置在所述分光镜与所述被测物体之间，光轴平行于所述平行光的光路。

进一步的，所述相位调制模块基于调整所述分光镜与所述准直透镜之间的距离调整所述测量光与所述参考光之间的光程差。

进一步的，所述参考测量头基于所述光源的至少两种单色光照射在所述参考面上。

进一步的，所述运动组件包括第一机械臂、第二机械臂、第一旋转部以及第二旋转部；

所述测量头安装在所述第一旋转部上，所述第一旋转部带动所述测量头沿第一转轴旋转；

所述第一机械臂带动所述旋转部进行横轴运动，所述第二机械臂带动所述旋转部进行与所述横轴运动相垂直的纵轴运动；

所述被测物安装在所述第二旋转部上，所述第二旋转部带动所述被测物体沿第二转轴旋转。

进一步的，所述参考系组件包括三组所述参考面及分别与三组所述参考面对应的三组所述参考测量头；

两组所述参考面为平面镜，一组垂直于所述横轴设置，一组垂直于所述纵轴设置；

另一组所述参考面为曲面镜。

进一步的，所述激光干涉测量系统还包括支撑框架，所述运动组件安装在所述支撑框架上。

进一步的，两组所述平面镜均固定在所述支撑框架上；所述曲面镜与所述第一转轴的轴心或第一机械臂相对固定设置。

采用上述技术方案，本发明能够带来以下有益效果：

1)本发明采用非接触式辅助定位干涉测量系统，第一，可显著增大测量头的移动距离，实现大口径面形的测量；第二，测量头位姿调整灵活度高，可实现非球面、台阶面、衍射面、自由曲面等特殊面形的形貌测量，可满足大倾角面形的测量，如90°倾角；第三，测量结果无需视场拼接，测量效率高；第四，单台设备即可满足多种场景的应用，如不同口径、不同倾角面形的测量等；

2)本发明采用非接触式干涉参考测量头，来补偿运动组件机械移动引入的误差，可实现高精度的误差补偿，尤其是对大范围移动距离精度的补偿，使测量结果更加准确。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明一种非接触式辅助定位激光干涉测量系统的一种实施方式示意图；

图2为本发明一种非接触式辅助定位激光干涉测量系统的另一种实施方式示意图；

图3为本发明一种非接触式辅助定位激光干涉测量系统的另外一种实施方式示意图；

图4为本发明一种非接触式辅助定位激光干涉测量系统的另外一种实施方式示意图；

图5为本发明具体实施方式中测量头的内部结构示意图；

图6为本发明具体实施方式中一种参考测量头的内部结构示意图；

图7为本发明具体实施方式中另一种参考测量头的内部结构示意图；

图8为本发明具体实施方式中汇聚光测量头的一种相位调整方式示意图；

图9为本发明具体实施方式中汇聚光测量头的另一种相位调整方式示意图；

图10为本发明具体实施方式中准直光测量头的一种相位调整方式示意图；

图11为本发明具体实施方式中准直光测量头的另一种相位调整方式示意图；

其中：1、支撑框架；2、第一参考面；3、第二参考面；4、第一机械臂；5、第二参考测量头；6、固定块；7、第三参考测量头；8、第三参考面；9、第一参考测量头；10、第二机械臂；11、第一转轴；12、测量头；13、第二转轴；14、被测物体；15、信号传输线；16、计算模块；17、光源；18、探测器模块；19、旋转臂；20、位移台；21、光线传递口；22、入射光线；23、反射光线；24、准直透镜；25、PZT模块；26、分光镜；27、聚焦透镜；29、测头外壳；30、光纤保护外壳；31、光纤；33、紧固螺钉；34、底座；35、转接板；36、导光外壳；37、平板透镜。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

在本发明的一个实施例中，提出一种非接触式辅助定位激光干涉测量系统，如图1或2或3或4所示，包括：

光源17，用于产生至少两种不同波长的单色光；本实施例的光源17为激光光源17；单色光至少为两种；

测量头12，基于光源17的至少两种不同波长的单色光照射在被测物体14上，接收被测物体14反射的单色光，使被测物体14反射的单色光与一部分入射至测量头12的单色光产生干涉；

运动组件，带动测量头12和/或被测物进体行运动，使被测物体14的被测区域处于测量头12的探测范围内；本实施例的运动组件的具体结构此处不作限制，其运动基于机械运动带动；

参考系组件，包括参考面及参考测量头；参考测量面和参考测量头之一随测量头12移动，之另一形成位置参考；参考测量头基于光源17的单色光照射在参考面上，接收参考面反射的单色光，使参考面所反射的单色光与一部分入射至参考测量头的单色光产生干涉；

探测器模块18，接收测量头12及参考测量头所传回的干涉光，转化为干涉条纹；

计算模块，基于参考测量头所产生的干涉条纹的变化规律确定测量头12与参考面之间的相对位移信息；基于在测量头12与被测物体14产生相对位置变化时测量头12所产生的干涉条纹的变化规律、位置参考及相对位移信息，确定被测物体14的表面形状。

测量头12在测量不同类型的物体面形(尤其是大口径、大倾角面形)时，由于需要直线移动或旋转运动，需要用到运动组件(如线性位移台20、旋转台等)，此时会引入机械轴误差，随着位移距离的增大，引入的测量误差也会增大，本实施例通过采用非接触的干涉式参考测量头，来补偿机械移动引入的误差，可实现高精度的误差补偿，尤其是对大范围移动距离精度的补偿，使测量结果更加准确。

本实施例的参考面优选粗糙度非常小的镜面或其他反射面作为理想面。

本实施例的参考测量头或参考面之一随测量头12进行相对位置固定移动或同轴旋转，参考测量头或参考面之另一固定在激光干涉测量系统的某处，形成测量头12运动的位置参考。

在本实施例中，参考系组件的数量至少与测量头12的移动维数相当。当测量头12的运动包括俯仰运动时，还需要增加用以反应测量头12俯仰变化的参考系组件。

本实施例的探测器模块18及计算模块采用常规的可以分析干涉条纹并计算面型的组合，此处不作限定。

本实施例摒弃了传统的机械定位，采用基于干涉测量精度的新的位置参考系，极大地提高了测量头12的定位精度，精度高于λ/2，实现了纳米精度的测量(5～0.05nm)。

在本实施例中，测量头12和参考测量头至少之一设置为包括：

光线传递口21，连接光源17及测量系统；

准直透镜24，将光线传递口21的入射光线22折射为平行光；

分光镜26，将平行光的一部分透射一部分原路反射；

其中：分光镜26所透射的平行光到达被测物体14并被被测物体14反射回分光镜26的光行程测量光，经分光镜26原路反射的平行光形成参考光；

测量头12还包括相位调制模块，相位调制模块用于调整测量光与参考光之间的光程差。本实施例的相位调制模块基于调整分光镜26与准直透镜24之间的距离调整测量光与参考光之间的光程差。

本实施例的测量头12及参考测量头可采用相同结构。

在一些实施例中，测量头12还包括聚焦透镜27；聚焦透镜27设置在分光镜26与被测物体14之间，光轴平行于平行光的光路。

本实施例中，针对大曲率面形的被测物体14，测量头12可采用汇聚光斑(即缩小光斑直径)测量其形貌，可减少反射光的损失率，也可提高面形测量时的侧向分辨率。

在本实施例中，如图5所示，具备汇集光斑的测量头12的测量原理如下：入射光线22经信号光线传递口21进入，经准直透镜24准直，入射光线22经分光镜26分光后，部分光被反射，作为参考光，部分光透射，经过聚焦透镜27汇聚到被测物体14上，然后被反射，作为测量光，参考光与测量光在分光镜26处相遇，发生干涉，反射光线23由探测器模块18探测。为了实现相位调制，PZT模块25(相位调制模块)带动分光镜26上下移动，从而使参考光与测量光之间的光程差发生变化，实现相位调制，通过移相实现高精度的形貌测量。反射光线23是经过相位调制的干涉信号，干涉信号的条纹变化规律即反应的是被测物体14与测量头12之间的位置变化情况，代入参考系组件所形成的参考系，经后续数据处理(如初始相位提取、面形拟合等)后，可计算出被测物体14的面形。

同样，在一些实施例中，参考测量头同样也可选择是否采用汇聚光斑，若参考面为平面，可采用上述实施例的平行光斑，若参考面为曲面，也可采用本实施例的汇聚光斑。参考测量头也可选择基于光源的至少两种单色光照射在参考面上，以进一步提高定位精度。

在一个实施例中，运动组件包括第一机械臂4、第二机械臂10、第一旋转部以及第二旋转部；

第一机械臂4带动旋转部进行横轴运动，第二机械臂10带动旋转部进行与横轴运动相垂直的纵轴运动；

测量头12安装在第一旋转部上，沿同时垂直于横轴及纵轴的第一转轴11旋转；

被测物安装在第二旋转部上，沿同时垂直于横轴及纵轴的第二转轴13旋转。

在本实施例中，横轴相当于空间中的X轴，纵轴相当于空间中的Y轴。

在本实施例中，参考系组件包括三组参考面及分别与三组参考面对应的三组参考测量头；

两组参考面为平面镜，一组垂直于横轴设置，一组垂直于纵轴设置；

另一组参考面为曲面镜，配合第三参考测量头7后补偿测量头12在光轴方向的扰动误差，例如：测量头12沿光轴方向出现位移波动，第三参考测量头7可以监测到该误差，然后在测量头12的测量结果中扣除该误差，即达到补偿的作用。

激光干涉测量系统还包括支撑框架1，运动组件安装在支撑框架1上。

两组平面镜均固定在支撑框架1上；曲面镜与第一转轴11的轴心或第一机械臂4相对固定设置。

如图1-4所示，本实施例的测量头12的运动维度为二维+旋转，设置有两组标定二维运动距离的参考系组件，及一组标定旋转俯仰的参考系组件。其中，标定二维运行距离的参考系组件中采用平面镜作为参考面，即第一参考测量头9、第二参考测量头5是为了探测测量头12在第二机械臂10和第一机械臂4光轴方向带动下的运动距离。标定旋转运动俯仰的参考系组件包括相互配合的曲面第三参考面8以及第三参考测量头7。

如图1-4所示，本实施例包括三组参考测量头，光源17(光源模块包含多种单色光，在可见光或红外光波长范围内，可通过控制系统进行不同波长单色光的自由组合输出)发出的多个单色光，经信号传输线15(该信号线包含可传输光信号、电信号的光纤、电线等，示意图中做了简化处理)传输到测量头12和第一参考测量头9、第二参考测量头5、第三参考测量头7，一部分入射光在测量头内经分光片26返回，另一部分入射光经被测物体14或者第一参考面2、第二参考面3、第三参考面8，反射返回，两部分光在分光镜26处相遇，发生干涉，干涉信号经信号传输线15传输到探测器模块18，探测器模块18采集的信号被自身初步处理后传输到计算模块16，在计算模块16中完成进一步处理，得到被测物体14三维形貌的偏差数据，计算模块16可进行数据显示。

本实施例的第一参考测量头9、第二参考测量头5、第三参考测量头7：用于测量机械轴位移距离，精确定位测量头12或被测物体14在空间中的位置，所测数据可用于补偿第一转轴11移动时引入的误差。

第二参考测量头5：补偿第一机械臂4(可做垂向往复运动)垂向移动时产生的机械误差。

第三参考测量头7：补偿第一转轴11旋转时产生的机械误差即补偿测量头12在光轴方向的扰动误差，例如：测量头12沿光轴方向出现位移波动，第三参考测量头7可以监测到该误差，然后在测量头12的测量结果中扣除该误差，即达到补偿的作用。

第一参考测量头9：补偿第二机械臂10(可做水平向往复运动)水平向移动时产生的机械误差。

参考测量头测量出机械轴位移距离(因为机械轴位移精度低，对物体的空间位置定位不准，本实施例光学手段来精确定位物体的空间位置)，并在测量头12的测量数据中减去或加上该数值，即可使具有机械坐标参考系的激光干涉测量系统得到纳米级精度测量结果。

在本实施例中，第三参考面8和测量头12固定在一起，由第一转轴11相连，并固定在第一机械臂4上，第三参考面8和测量头12由第一转轴11带动旋转，可实现被测物体14面形的测量。第二参考测量头5固定在第一机械臂4上，第一机械臂4上可进行垂向往返移动，第二参考测量头5可实时测量第一机械臂4的垂向移动距离，辅助定位测量头12的垂向移动距离，补偿第一机械臂4移动时的机械误差，本实施例的第三参考面8为曲面，有便于在绕第一转轴11旋转时处于第三参考测量头7的测量范围内。本实施例的第三参考面8可单独形成测量头的基准参考坐标，也可基于第一参考面2和第二参考面3所形成的基准坐标定位后形成测量头的参考坐标。

另外，第二参考测量头5与第三参考测量头7通过固定块6固定在第一机械臂4上，第二参考测量头5和第三参考测量头7共机械轴安装。在实际测量中，第三参考测量头7与第三参考面8之间的距离是固定的(可预先进行校准)，当测量头12和第三参考面8进行旋转测量时，由于机械扰动的存在，第三参考测量头7与第三参考面8之间的距离会出现微小变化，该变化会直接影响系统的测量精度。因此，需要在测量头12的测量数据中扣除第三参考测量头7的测量数据，以补偿机械转动时引入的误差。

最后，第一参考测量头9固定在第二机械臂10上，第二机械臂10可带动第一参考测量头9在水平方向移动，第一参考测量头9与第一参考面2结合，可实现测量头12在水平方向的定位，补偿第二机械臂10水平方向移动时引入的机械误差。

在一个实施例中，如图4所示，第一参考测量头9和第二参考测量头5固定在第三参考面8上，第三参考面固定在第一机械臂4上；第三参考测量头7和测量头12安装在第一转轴11上，本实施例的第三参考面8为环形曲面，将第三参考测量头7的运动范围包裹在内，其余工作原理与上述实施例类似。

为了完成对被测物体14面形的测量，测量头12需要进行垂向、水平向、旋转移动，被测物体14需要进行旋转运动，由第二转轴13带动旋转，第一参考测量头9、第二参考测量头5、第三参考测量头7主要用于辅助定位测量头12在空间中的位置，对机械轴误差进行补偿，该系统可实现对小、中、大口径面形的测量(如1mm～900mm等，或者其它口径)，以及对大倾角面形的测量(如0～90°等)。建议第一参考测量头9、第二参考测量头5、第三参考测量头7在安装时，中轴线过第一转轴11的中心位置，根据阿贝原理，这种配置方式的测量精度更高。另外，该系统对被测物体14的测量扫描模式可包括螺旋扫描、等距扫描、自定义扫描方式等。

如图5所示，测量头12的测量原理如下：入射光线22经信号光线传递口21进入，经准直透镜24准直，入射光线22经分光镜26分光后，部分光被反射，作为参考光，部分光透射，经过聚焦透镜27汇聚到被测物体14上，然后被反射，作为测量光，参考光与测量光在分光镜26处相遇，发生干涉，反射光线23由探测器模块18探测。为了实现相位调制，PZT模块25带动分光镜26上下移动，从而使参考光与测量光之间的光程差发生变化，实现相位调制，通过移相可实现高精度的形貌测量。反射光线23是经过相位调制的信号，调制信号经后续数据处理(如初始相位提取、面形拟合等)后，可计算出测量面形误差。

如图6所示，第二参考测量头5采用与测量头12一致的结构，因为第三参考面8有一定曲率，为了提高反射光的利用率，采用聚焦式光路结构。

如图7所示，第一参考测量头9和第三参考测量头7采用准直式结构，因为第一参考面2和第二参考面3是平面，且系统在水平向和垂向上的移动距离较大(如1mm～900mm等，或者其它距离)，采用平行光测量更有优势。

本发明共有两种测量头的实施方式，如图8所示是第一种结构，入射光线22由光纤31进入测量头，经端面出射，部分光被分光镜26反射，作为参考光，部分光透射，经过聚焦透镜27后，聚焦在被测物体14，然后被反射，反射光线23作为测量光，参考光与测量光相遇后发生干涉。移相调制原理为：PZT模块25与底座34固定，聚焦透镜27与底座34固定，底座34与光纤保护外壳30通过紧固螺钉33(或者其它固定方式)固定在一起，光纤保护外壳30与光纤31是固定在一起的，PZT模块25带动底座34、光纤保护外壳30一起往返移动，从而改变参考光与测量光的光程差，实现相位调制。

图9对上述结构进行了部分修改，将底座34分成两部分，分别为转接板35和导光外壳36，导光外壳36与测头外壳29固定，转接板35与光纤保护外壳30固定在一起，PZT模块25带动转接板35与光纤保护外壳30一起往返移动，从而改变参考光与测量光的光程差，实现相位调制。

如图10、11所示，在图8、9的基础上进行了部分结构修改，共有两种结构，图10是对图8的结构进行了修改，将聚焦透镜27改为平板透镜37，使出射光为准直光束。图11是对图8的结构进行了修改，将聚焦透镜27改为平板透镜37，使出射光为准直光束。

在一个实施例中，如图2所示，为一种非接触式辅助定位激光干涉测量系统实施方式示意图，第二参考测量头5与测量头12的空间位置关系发生了变化，第三参考面8固定在第一机械臂4上，第二参考测量头5与测量头12固定在旋转臂19上，旋转臂19可绕第一转轴11旋转，第二参考测量头5与测量头12始终进行共光轴(或机械轴)测量，这种配合方式，可有效补偿第一转轴11旋转时在光轴方向上引入的机械扰动，因为该扰动对测量头12的测量精度有严重干扰。本实施例的参考坐标系基于位置固定的参考面直接建立，可以进行精度补偿。

在一个实施例中，如图3所示，为另一种非接触式辅助定位激光干涉测量系统实施方式示意图，第一参考测量头9和第三参考测量头7固定在底部测量台上，这样测量头12只需要做旋转运动，位移台20可进行垂向往返移动和水平向往返移动，第一参考测量头9和第三参考测量头7辅助定位被测物体14的空间位置，进行误差补偿。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种非接触式辅助定位激光干涉测量系统，其特征在于，包括：

光源，用于产生至少两种不同波长的单色光；

测量头，基于所述光源的至少两种不同波长的单色光照射在被测物体上，接收所述被测物体反射的所述单色光，使被测物体反射的所述单色光与一部分入射至所述测量头的所述单色光产生干涉；

运动组件，带动所述测量头和/或所述被测物进体行运动，使所述被测物体的被测区域处于所述测量头的探测范围内；

参考系组件，包括参考面及参考测量头；所述参考测量头和参考面头之一形成所述测量头的位置参考；所述参考测量头基于所述光源的单色光照射在所述参考面上，接收所述参考面反射的所述单色光，使参考面所反射的所述单色光与一部分入射至所述参考测量头的所述单色光产生干涉。

2.根据权利要求1所述的干涉测量系统，其特征在于：所述干涉测量系统还包括计算模块；所述计算模块基于参考测量头所产生的干涉条纹的变化规律确定所述测量头与所述参考面之间的相对位移信息；基于在所述测量头与所述被测物体产生相对位置变化时所述测量头所产生的干涉条纹的变化规律、所述位置参考及所述相对位移信息，确定所述被测物体的表面形状。

3.根据权利要求2所述的干涉测量系统，其特征在于：所述测量头和所述参考测量头至少之一设置为包括：

光线传递口，连接所述光源及所述计算模块；

准直透镜，将所述光线传递口的入射光线折射为平行光；

分光镜，将所述平行光的一部分透射一部分原路反射；

其中：所述分光镜所透射的所述平行光到达所述被测物体并被所述被测物体反射回所述分光镜的所述单色光形成测量光，经所述分光镜原路反射的所述平行光形成参考光；

所述测量头还包括相位调制模块，所述相位调制模块用于调整所述测量光与所述参考光之间的光程差。

4.根据权利要求3所述的干涉测量系统，其特征在于：所述测量头还包括聚焦透镜；所述聚焦透镜设置在所述分光镜与所述被测物体之间，光轴平行于所述平行光的光路。

5.根据权利要求3所述的干涉测量系统，其特征在于：所述相位调制模块基于调整所述分光镜与所述准直透镜之间的距离调整所述测量光与所述参考光之间的光程差。

6.根据权利要求1所述的干涉测量系统，其特征在于：所述参考测量头基于所述光源的至少两种单色光照射在所述参考面上。

7.根据权利要求1所述的干涉测量系统，其特征在于：所述运动组件包括第一机械臂、第二机械臂、第一旋转部以及第二旋转部；

所述测量头安装在所述第一旋转部上，所述第一旋转部带动所述测量头沿第一转轴旋转；

所述第一机械臂带动所述旋转部进行横轴运动，所述第二机械臂带动所述旋转部进行与所述横轴运动相垂直的纵轴运动；

所述被测物安装在所述第二旋转部上，所述第二旋转部带动所述被测物体沿第二转轴旋转。

8.根据权利要求1或7所述的干涉测量系统，其特征在于：所述参考系组件包括三组所述参考面及分别与三组所述参考面对应的三组所述参考测量头；

两组所述参考面为平面镜，一组垂直于所述横轴设置，一组垂直于所述纵轴设置；

另一组所述参考面为曲面镜。

9.根据权利要求8所述的干涉测量系统，其特征在于：所述激光干涉测量系统还包括支撑框架，所述运动组件安装在所述支撑框架上。

10.根据权利要求9所述的干涉测量系统，其特征在于：两组所述平面镜均固定在所述支撑框架上；所述曲面镜与所述第一转轴的轴心或第一机械臂相对固定设置。

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