CN116379972A

CN116379972A - 检测余弦误差角及修正误差的方法及系统和测试工装

Info

Publication number: CN116379972A
Application number: CN202310659587.6A
Authority: CN
Inventors: 郝凌凌
Original assignee: Shanghai Yinguan Semiconductor Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Yinguan Semiconductor Technology Co Ltd
Priority date: 2023-06-06
Filing date: 2023-06-06
Publication date: 2023-07-04
Anticipated expiration: 2043-06-06
Also published as: CN116379972B

Abstract

本发明提供一种检测余弦误差角及修正误差的方法及系统和测试工装，本发明通过在检测系统及双频干涉仪之间设置测试工装，直接使用双频干涉仪分成的参考光和测量光进行余弦误差角的测量，中间不生成多余的光路；本发明检测余弦误差角为静态测试，无需运动被测反射镜，调试方便，可利用测试工装中的偏振片分别提取参考光的光斑坐标和测量光的光斑的坐标；本发明的测试工装结构简单，测试工装占用面积可实现在100mm*100mm以下，占用空间小对场地要求低，调试补偿计算要求也低，此外，测试工装的使用位置在检测系统和双频干涉仪之间，也不会受到被测反射镜对空间的限制。

Description

检测余弦误差角及修正误差的方法及系统和测试工装

技术领域

本发明涉及检测领域，特别是涉及一种检测余弦误差角及修正误差的方法及系统和测试工装。

背景技术

随着科学技术的发展，超精密运动控制平台的定位精度越来越高，这对检测系统的要求也越来越高。以双频激光干涉测量系统为代表的双频激光干涉测量技术可达到亚纳米级分辨率的测量，但是如何用好双频激光干涉测量系统也是一大难题。双频激光干涉测量系统有三大类误差，包括系统误差、几何误差和环境误差，这些误差需要在使用时加以克服或补偿。其中系统误差可以通过提高单个零部件的技术指标来改善，环境误差可以通过布置相应的环境探测传感器对其进行补偿。几何误差又细分为阿贝误差和余弦误差，阿贝误差可以通过干涉仪的布局及相应的模型解算算法进行补偿，而余弦误差主要由光束与被测反射镜不垂直产生的，这对装调要求极高，实际上很难消除。余弦误差的补偿算法比较容易，但是余弦误差角的测量比较困难。

现有技术通过在双频干涉仪和被测反射镜之间设置调整装置来测量余弦角度进而进行调整和补偿，例如使用迈克尔逊工装和准直仪来测量余弦角度，但测得余弦角度后其调试和计算补偿量仍然十分麻烦，而且迈克尔逊工装和准直仪体积占用空间大，又例如日本专利JP1995181006A提出了一种测量系统，能减少调整时间，但该系统是一种动态测量方式，需要通过反射镜的运动来获得余弦误差，无法测量静态时的余弦误差。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的，不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

鉴于以上，有必要提供一种检测余弦误差角及修正误差的方法及系统和测试工装，以解决现有技术中无法独立测量各运动轴与测量轴夹角的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种检测余弦误差角及修正误差的方法及系统和测试工装，用于解决现有技术中无法独立测量各运动轴与测量轴夹角的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种检测余弦误差角及修正误差的方法，所述检测余弦误差角及修正误差的方法包括：

S11：激光器输出的激光射入双频干涉仪，所述双频干涉仪将入射的所述激光分成两束光，其中一束作为参考光射出，另一束通过被测反射镜反射作为测量光射出，所述参考光及所述测量光被检测系统接收并形成干涉，所述检测系统连接有处理终端，能够测算所述被测反射镜的运动数据；

S12：于所述检测系统及所述双频干涉仪之间设置测试工装，将所述参考光及所述测量光接入所述测试工装，并将所述测试工装与所述处理终端连接，所述测试工装包括偏振片及位置检测装置，所述参考光和所述测量光通过所述偏振片射入所述位置检测装置上；

S13：调试所述测试工装中的偏振片屏蔽所述测量光，所述测试工装中的位置检测装置仅记录所述参考光的光斑中心坐标；调试所述测试工装中的偏振片屏蔽所述参考光，所述测试工装中的位置检测装置仅记录所述测量光的光斑中心坐标；

S14：所述处理终端基于所述参考光的光斑中心坐标值及所述测量光的光斑中心坐标值，计算出余弦误差角；

S15：基于所述余弦误差角对余弦误差进行修正。

可选地，在步骤S13中，获取所述参考光的光斑中心坐标及所述测量光的光斑中心坐标的方法包括：

S21：预设所述参考光的光斑偏振轴为水平方向，预设所述测量光的光斑的偏振轴为竖直方向；

S22：当所述偏振片的偏振轴调试为水平方向时，屏蔽所述测量光，所述参考光通过，此时所述位置检测装置可探测出所述参考光的光斑中心坐标（X₀，Y₀）；当所述偏振片的偏振轴调试为竖直方向时，屏蔽所述参考光，所述测量光通过，此时所述位置检测装置可探测出所述测量光的光斑中心坐标（X₁，Y₁）。

可选地，所述偏振片数量为一片，在步骤S22中，通过所述偏振片旋转90°将所述偏振片的偏振轴从水平方向调试为竖直方向，或从竖直方向调整为水平方向。

可选地，在步骤S14中，计算所述余弦误差角的方法为：

S31：计算所述激光与所述被测反射镜在水平方向的偏转角

；

S32：计算所述激光与所述被测反射镜在竖直方向的偏转角

；

S33：基于所述激光与所述被测反射镜在水平方向的偏转角A及与所述被测反射镜在竖直方向的偏转角B，计算所述余弦误差角

；

其中，所述双频干涉仪到所述被测反射镜的距离为L。

可选地，在步骤S15中，基于所述余弦误差角对余弦误差进行修正的方法包括：

S41：获取所述检测系统测量的所述被测反射镜直线运动的测量距离S_i；

S42：所述处理终端基于所述测量距离S_i与所述余弦误差角C，计算所述被测反射镜直线运动的实际运动距离S=S_i/cosC。

可选地，在步骤S15中，将所述参考光及所述测量光接入所述检测系统，正常运动所述被测反射镜，所述处理终端基于步骤S14中计算出的所述余弦误差角对所述检测系统检测出的数据进行余弦误差修正。

可选地，在步骤S15中，卸载所述测试工装，使所述参考光及所述测量光接入所述检测系统；或，所述测试工装包括非偏振分光镜，在步骤S12中，所述参考光及所述测量光通过所述非偏振分光镜同时接入所述检测系统和所述测试工装，在步骤S15中，保持所述参考光及所述测量光接入所述检测系统。

可选地，当步骤S12中，所述参考光及所述测量光通过所述非偏振分光镜同时接入所述检测系统和所述测试工装时，所述测试工装还包括连接所述处理终端的自动开关，所述自动开关能够自动调节所述偏振片，用于每次在所述被测反射镜运动后，通过所述处理终端的自动开关，重复步骤S13至S14，直接获取所述余弦误差角及所述余弦误差角在水平方向的偏转角和在竖直方向的偏转角。

本发明还提供一种测量余弦误差角及修正误差的测试工装，所述测试工装包括：

偏振片、位置检测装置、转动部及固定部；

参考光和测量光通过所述偏振片射入所述位置检测装置上；

所述偏振片设置于所述转动部的通孔中，且与所述转动部固定连接，所述转动部相对于所述固定部转动，转动行程至少为90度；

所述位置检测装置固定于所述固定部远离所述偏振片的一端。

可选地，所述测试工装还包括非偏振分光镜，用于将入射的所述参考光及所述测量光进行分光，以在不拆除所述测试工装的情况下进行干涉检测。

本发明还提供一种检测余弦误差角及修正误差的系统，所述检测余弦误差角及修正误差的系统包括：

激光器、双频干涉仪、被测反射镜、检测系统、处理终端及测试工装；

测量余弦误差角时，所述测试工装设置于所述检测系统与所述双频干涉仪之间；

所述测试工装包括偏振片及位置检测装置。

如上所述，本发明的检测余弦误差角及修正误差的方法及系统和测试工装，具有以下有益效果：

本发明通过在检测系统及双频干涉仪之间设置测试工装，直接使用双频干涉仪分成的参考光和测量光进行余弦误差角的测量，中间不生成多余的光路；本发明检测余弦误差角为静态测试，无需运动被测反射镜，调试方便，可利用测试工装中的偏振片分别提取参考光的光斑坐标和测量光的光斑的坐标；本发明的测试工装结构简单，测试工装占用面积可实现在100mm*100mm以下，占用空间小对场地要求低，调试补偿计算要求也低，此外，测试工装的使用位置在检测系统和双频干涉仪之间，也不会受到被测反射镜对空间的限制。

附图说明

图1显示为现有技术中的双频激光干涉测量系统的结构示意图。

图2显示为现有技术中的检测余弦误差角的常规方法示意图。

图3显示为检测余弦误差角及修正误差的方法中的流程示意图。

图4显示为参考光的光斑和测量光的光斑的中心完全重合的示意图。

图5显示为参考光的光斑和测量光的光斑的中心在水平方向偏移的示意图。

图6显示为参考光的光斑和测量光的光斑的中心在竖直方向偏移的示意图。

图7显示为参考光的光斑和测量光的光斑的中心在水平方向和竖直方向均偏移的示意图。

图8显示为检测余弦误差角及修正误差的方法中的光斑二维示意图。

图9显示为检测余弦误差角及修正误差的方法中的偏转角的示意图。

图10显示为检测余弦误差角及修正误差的方法的实施例一的结构示意图。

图11显示为检测余弦误差角及修正误差的方法的实施例二的结构示意图。

图12显示为测试工装中的非偏振分光镜的结构示意图。

图13显示为获取参考光的光斑中心坐标及测量光的光斑中心坐标的方法流程示意图。

图14显示为计算余弦误差角的方法流程示意图。

图15显示为基于所述余弦误差角对余弦误差进行修正方法流程示意图。

图16显示为检测余弦误差角及修正误差的测试工装的结构示意图。

图17显示为检测余弦误差角及修正误差的测试工装的截面示意图。

元件标号说明

10，激光器；20，双频干涉仪；30，被测反射镜；40，检测系统；50，处理终端；61，迈克尔逊工装；62，准直仪；70，测试工装；71，偏振片；72，位置检测装置；73，转动部； 74，固定部；75，非偏振分光镜；81，参考光；82，测量光。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，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发明的其他优点与功效。本发明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，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个结构或特征与其他结构或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。本文使用的“介于……之间”表示包括两端点值。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

请参阅图1至图17。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明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。

如图1所示，显示为现有技术中的双频激光干涉测量系统的结构示意图，测量系统通常包含激光器10、双频干涉仪20、被测反射镜30、检测系统40及处理终端50，激光器10出射的双频激光经过双频干涉仪20后射入被测反射镜30形成测量光82，经被测反射镜30反射至双频干涉仪20，测量光82可在双频干涉仪20和被测反射镜30之间进行多次反射，最后与双频干涉仪20中的参考光81重合后进行干涉，并被检测系统40记录。

理想情况下从双频干涉仪20中出射的光束与被测反射镜30垂直，但实际上因为设计、工艺和装调等各方面原因无法完全垂直，进而会在测量轴和运动轴之间出现夹角，该夹角会导致测量时产生余弦误差，本文中暂且称为余弦误差角，余弦误差角会导致最终的参考光81的光斑和测量光82的光斑中心无法完全重合而产生偏移。

现有的常规调试方式如图2所示，在双频干涉仪20和被测反射镜30之间设置迈克尔逊工装61及准直仪62进行余弦误差角的测量，由于迈克尔逊工装61及准直仪62具有多个反射镜并将一路测量光82变成两路光进行对比，光路复杂，测量出来的数据计算困难。此外，迈克尔逊工装61及准直仪62在调试过程中对光路的空间有所要求，通常迈克尔逊工装61及准直仪62需要占用300mm*300mm左右的面积，然而为了保持测量精度和减少环境对光路的影响，通常会尽可能的缩短双频干涉仪20到被测反射镜30之间的距离，使得工装的使用空间受限，故常规的方法调试局限性大。

发明人基于以上发现并经过研究分析，提出一种检测余弦误差角及修正误差的方法及系统和测试工装。

实施例一

如图3所示，本发明提供一种检测余弦误差角及修正误差的方法，所述检测余弦误差角及修正误差的方法包括如下步骤：

S11：激光器10输出的激光射入双频干涉仪20，双频干涉仪20将入射的激光分成两束光，其中一束作为参考光81射出，另一束通过被测反射镜30反射作为测量光82射出，参考光81及测量光82被检测系统40接收并形成干涉，检测系统40连接有处理终端50，能够测算被测反射镜30的运动数据；

S12：于检测系统40及双频干涉仪20之间设置测试工装70，将参考光81及测量光82接入测试工装70，并将测试工装70与处理终端50连接，测试工装70包括偏振片71及位置检测装置72，参考光81和测量光82通过偏振片71射入位置检测装置72上；

S13：调试测试工装70中的偏振片71屏蔽测量光82，测试工装70中的位置检测装置72仅记录参考光81的光斑中心坐标；调试测试工装70中的偏振片71屏蔽参考光81，测试工装70中的位置检测装置72仅记录测量光82的光斑中心坐标；

S14：处理终端50基于参考光81的光斑中心坐标值及测量光82的光斑中心坐标值，计算出余弦误差角；

S15：基于所述余弦误差角对余弦误差进行修正。

本实施例通过在检测系统40及双频干涉仪20之间设置测试工装70，直接使用双频干涉仪20分成的参考光81和测量光82进行余弦误差角的测量，中间不生成多余的光路；本实施例检测余弦误差角为静态测试，无需运动被测反射镜30，调试方便，可利用测试工装70中的偏振片71分别提取参考光81的光斑坐标和测量光82的光斑的坐标；本实施例的测试工装70结构简单，测试工装70占用面积可实现在100mm*100mm以下，占用空间小对场地要求低，调试补偿计算要求也低，此外，测试工装70的使用位置在检测系统40和双频干涉仪20之间，也不会受到被测反射镜30对空间的限制。

这里需要说明的是，在S11步骤的调试中，光路调试得越好，则参考光81和测量光82的重合度越高，但由于两束光的相互影响，想要精确获取两束光的光斑中心就越难。虽然可以通过改变两束光的光路来同时获取两个光斑中心的相对位置（例如改变激光入射角度或增加偏正分光镜），但这样会增加计算量或成本，本实例利用偏振片71的特性，通过分别屏蔽参考光81和测量光82来获得两个束光的光斑中心坐标，这种方式不会增加计算量，且偏振片71的成本较低。

如图4至图9所示，本实施例的工作原理为：参考光81的光斑和测量光82的光斑可以通过测试工装70，进行捕捉其中心，再通过两者中心的偏移量进而判断在各个方向上的余弦误差角。如图4所示，当光束与被测反射镜30完全垂直时，参考光81的光斑和测量光82的光斑的中心完全重合；如图5所示，当光束与被测反射镜30有一个水平方向的转角时，参考光81的光斑和测量光82的光斑的中心在水平方向会产生一个偏移距离；如图6所示，当光束与被测反射镜30有一个竖直方向的转角时，参考光81的光斑和测量光82的光斑的中心在竖直方向会产生一个偏移距离；如图7所示，当光束与被测反射镜30在水平和竖直方向均有转角时，则参考光81的光斑和测量光82的光斑的中心会在水平方向和竖直方向均产生偏移距离。

下面结合附图，对本实施例进行进一步的介绍。

如图3所示，首先进行步骤S11，激光器10输出的激光射入双频干涉仪20，双频干涉仪20将入射的激光分成两束光，其中一束作为参考光81射出，另一束通过被测反射镜30反射作为测量光82射出，参考光81及测量光82被检测系统40接收并形成干涉，检测系统40连接有处理终端50，能够测算被测反射镜30的运动数据。

对于步骤S11，是基于现有的双频激光干涉测量系统进行最基本的调试，也是双频激光干涉测量系统在使用前的常规安装流程，使参考光81及测量光82进行干涉，当整套运动系统工作时，能测算出被测反射镜30的运动数据。

如图3及图10所示，接着进行步骤S12，于检测系统40及双频干涉仪20之间设置测试工装70，将参考光81及测量光82接入测试工装70，并将测试工装70与处理终端50连接，测试工装70包括偏振片71及位置检测装置72，参考光81和测量光82通过偏振片71射入位置检测装置72上。

对于现有的垂直度工装或者迈克尔逊工装61搭配准直仪62仅能体现测量光82与被测反射镜30之间的综合夹角，无法体现测量光82与被测反射镜30之间两个方向的独立夹角，本实施例可以实现测量光82与被测反射镜30之间两个方向的独立夹角测量，进而求得在各个测量轴上的余弦误差角，从而进行余弦误差补偿。

如图3、图8及图10所示，接着进行步骤S13，调试测试工装70中的偏振片71屏蔽测量光82，测试工装70中的位置检测装置72仅记录参考光81的光斑中心坐标；调试测试工装中70的偏振片71屏蔽参考光81，测试工装70中的位置检测装置72仅记录测量光82的光斑中心坐标。优选的，测试工装70仅有一个位置检测装置72，参考光81和测量光82分别射入同一个位置检测装置72上，这样的好处在计算两个光斑中心的相对位置时不需要其他参照点，安装时无需严格对准位置检测装置72的中心，安装方便。

如图8及图13所示，作为示例，在步骤S13中，获取参考光81的光斑中心坐标及测量光82的光斑中心坐标的方法包括：

首先进行步骤S21，预设参考光81的光斑偏振轴为水平方向，预设测量光82的光斑的偏振轴为竖直方向；

接着进行步骤S22，当偏振片71的偏振轴调试为水平方向时，屏蔽测量光82，参考光81通过，此时位置检测装置72可探测出参考光81的光斑中心坐标（X₀，Y₀）；当所述偏振片71的偏振轴调试为竖直方向时，屏蔽所述参考光81，所述测量光82通过，此时所述位置检测装置72可探测出所述测量光82的光斑中心坐标（X₁，Y₁）。

至此即可分别计算出测量光82的光斑中心坐标与参考光81的光斑中心坐标的水平方向偏移距离（X₁-X₀）和竖直方向偏移距离（Y₁-Y₀）。

作为示例，偏振片71数量为一片，在步骤S22中，通过偏振片71旋转90°将偏振片71的偏振轴从水平方向调试为竖直方向，或从竖直方向调整为水平方向。这样的好处是有效利用参考光81、测量光82和偏振片71相互之间的关系特性，仅通过一片偏振片71外加旋转的操作完成对两束光的分别屏蔽。当然，在其他实施例中，也可以设置两个偏振关系相互垂直的偏振片71，通过拨片的方式进行对参考光81和测量光82的分别屏蔽。

这里需要说明的是，位置检测装置72根据偏振片71的偏振轴方向探测出的参考光81的光斑中心坐标（X₀，Y₀）或测量光82的光斑中心坐标（X₁，Y₁），探测两者坐标的先后顺序并不影响后续的计算结果。

作为示例，测试工装70还包括转动部73及固定部74；偏振片71设置于转动部73的通孔中，且与转动部73固定连接，位置检测装置72固定连接在固定部74上，转动部73相对于固定部74转动，转动行程为90度。

在获取参考光81的光斑中心坐标及测量光82的光斑中心坐标时，首先将转动部73紧邻行程末端，获得其中一个光斑中心坐标后，将转动部73转动至行程另一末端，改变偏振片71的偏振轴方向，获得另一个光斑中心坐标。

也可以预设参考光81的光斑偏振轴为竖直方向，预设测量光82的光斑的偏振轴为水平方向；获取光斑中心坐标时偏振片71的偏振轴方向与上述相反，也即当偏振片71的偏振轴调试为竖直方向时，屏蔽测量光82，参考光81通过，此时位置检测装置72可探测出参考光81的光斑中心坐标；当偏振片71的偏振轴调试为水平方向时，屏蔽参考光81，测量光82通过，此时位置检测装置72可探测出测量光82的光斑中心坐标。

如图3所示，接着进行步骤S14，处理终端50基于参考光81的光斑中心坐标值及测量光82的光斑中心坐标值，计算出余弦误差角。

如图9至图10及图14所示，作为示例，在步骤S14中，计算余弦误差角的方法为：

首先进行步骤S31，计算激光与被测反射镜30在水平方向的偏转角

；

接着进行步骤S32，计算激光与被测反射镜30在竖直方向的偏转角

；

最后进行步骤S33，基于激光与被测反射镜30在水平方向的偏转角A及与被测反射镜30在竖直方向的偏转角B，计算余弦误差角

；

其中，双频干涉仪20到被测反射镜30的距离为L。更具体的，L指双频干涉仪20中分光镜中心至被测反射镜30的距离。

为更好说明水平方向的偏转角A、竖直方向的偏转角B与余弦误差角C的关系，如图9所示，假定X方向为测量光82入射方向，理想状态下，被测反射镜30与测量光82垂直，既可将ZoY平面视为被测反射镜30。当被测反射镜30与测量光82不垂直时，z’oy’平面代表被测反射镜30，其y’轴与原Y轴之间的夹角为水平方向的偏转角A，z’轴与原Z轴之间的夹角为竖直方向的偏转角B，x’轴与原X轴之间的夹角为余弦误差角C。

本实施例在计算激光与被测反射镜30在不同方向的获得偏转角可用于六个自由度下，适用于多维度检测和后续的误差修正。上述公式直接利用双频干涉仪20射出的参考光81和测量光82的相对位置进行计算，相比传统使用迈克尔逊工装还需要考虑迈克尔逊工装中的分镜参数和光路行程等影响，本实施例避免了多余参数的影响使计算更为方便。

如图3所示，最后进行步骤S15，基于余弦误差角对余弦误差进行修正。

如图10及图15所示，作为示例，在步骤S15中，基于余弦误差角对余弦误差进行修正的方法包括：

首先进行步骤S41，获取检测系统40测量的被测反射镜30直线运动的测量距离S_i；

最后进行步骤S42：所述处理终端50基于所述测量距离S_i与所述余弦误差角C，计算所述被测反射镜30直线运动的实际运动距离S=S_i/cosC。

在本实施例中，以上公式的计算只针对被测反射镜30的直线运动，也可以根据不同干涉仪或其他公式测量被测反射镜30的非直线运动。

在本实施例的一个示例中，在步骤S15中，卸载测试工装70，使参考光81及测量光82接入检测系统40。余弦误差角测量之后，可以直接将测试工装70卸载，经过计算对余弦误差进行修正或补偿。由于测试工装70是在S11步骤后接入到双频干涉仪20和检测系统40之间，故卸载后，参考光81和测量光82按原路入射到检测系统40中，无需对光路进行重新调整。

实施例二

如图11至图12所示，本实施例提供一种检测余弦误差角及修正误差的方法，本实施例与实施例一的不同之处在于，测试工装70包括非偏振分光镜75，在步骤S12中，参考光81及测量光82通过非偏振分光镜75同时接入检测系统40和测试工装70，在步骤S15中，保持参考光81及测量光82接入检测系统40。

这里需要说明的是，非偏振分光镜75能将入射的参考光81和测量光82进行分光，可以在不拆除测试工装70的情况下进行干涉检测。

作为示例，在上述步骤S12中，参考光81及测量光82通过非偏振分光镜75同时接入检测系统40和测试工装70时，测试工装70还包括连接处理终端50的自动开关，自动开关能够自动调节偏振片71，用于每次在被测反射镜30运动后，通过处理终端50的自动开关，重复步骤S13至S14，直接获取余弦误差角及所述余弦误差角在水平方向的偏转角和在竖直方向的偏转角。

当设备反复运动后可以有效监测余弦误差角是否产生变化，进而需要重新进行调整和修正。

实施例三

如图16至图17所述，本实施例提供一种测量余弦误差角及修正误差的测试工装，应用于实施例一及实施例二中的测量余弦误差角及修正误差的方法，测试工装70包括：

偏振片71、位置检测装置72、转动部73及固定部74；参考光81和测量光82通过偏振片71射入位置检测装置72上；偏振片71设置于转动部73的通孔中，且与转动部73固定连接，转动部73相对于固定部74转动，转动行程至少为90度；位置检测装置72固定于固定部74远离偏振片71的一端。

本实施例中，偏振片71粘接于转动部73的通孔中，转动部73相对于固定部74转动，转动形式优选螺旋转动，转动行程为90度，在转动行程的两端分别有两个限位块设置于固定部74上，转动部73转动行程范围内设置有一个限位块，该限位块使得转动部73相对于固定部74的行程在90度范围内转动，位置检测装置72固定于固定部74自身的的四个立柱上，位置检测装置72主要为光电探测器件。

测试工装70结构简单，测试工装70占用面积可实现在100mm*100mm以下，占用空间小对场地要求低，调试补偿计算要求也低。

本实施例中，位置检测装置72优选为位置敏感检测器（Position Sensitivedetector，PSD），用于直接输出光斑中心坐标。

作为示例，测试工装70还包括非偏振分光镜75，用于将入射的参考光81及测量光82进行分光，以在不拆除测试工装70的情况下进行干涉检测。

实施例四

如图10所示，本实施例提供一种检测余弦误差角及修正误差的系统，应用于实施例一中的检测余弦误差角及修正误差的方法中，检测余弦误差角及修正误差的系统包括：

激光器10、双频干涉仪20、被测反射镜30、检测系统40、处理终端50及测试工装70；

测量余弦误差角时，测试工装70设置于检测系统40与双频干涉仪20之间；

测试工装70包括偏振片71及位置检测装置72。

作为示例，测试工装70还包括转动部73及固定部74；偏振片71设置于转动部73的通孔中，且与转动部73固定连接，转动部73相对于固定部74转动，转动行程为90度；位置检测装置72固定于固定部74远离偏振片71的一端。

作为示例，测试工装70还包括非偏振分光镜75，参考光81及测量光82通过非偏振分光镜75同时接入检测系统40和测试工装70。

综上所述，本发明提供一种检测余弦误差角及修正误差的方法及系统和测试工装，检测余弦误差角及修正误差的方法包括：S11：激光器输出的激光射入双频干涉仪，双频干涉仪将入射的激光分成两束光，其中一束作为参考光射出，另一束通过被测反射镜反射作为测量光射出，参考光及测量光被检测系统接收并形成干涉，检测系统连接有处理终端，能够测算被测反射镜的运动数据；S12：于检测系统及双频干涉仪之间设置测试工装，将参考光及测量光接入测试工装，并将测试工装与处理终端连接，测试工装包括偏振片及位置检测装置，参考光和测量光通过偏振片射入位置检测装置上；S13：调试测试工装中的偏振片屏蔽测量光，测试工装中的位置检测装置仅记录参考光的光斑中心坐标；调试测试工装中的偏振片屏蔽参考光，测试工装中的位置检测装置仅记录测量光的光斑中心坐标；S14：处理终端基于参考光的光斑中心坐标值及测量光的光斑中心坐标值，计算出余弦误差角；S15：基于所述余弦误差角对余弦误差进行修正。本发明通过在检测系统及双频干涉仪之间设置测试工装，直接使用双频干涉仪分成的参考光和测量光进行余弦误差角的测量，中间不生成多余的光路；本发明检测余弦误差角为静态测试，无需运动被测反射镜，调试方便，可利用测试工装中的偏振片分别提取参考光的光斑坐标和测量光的光斑的坐标；本发明的测试工装结构简单，测试工装占用面积可实现在100mm*100mm以下，占用空间小对场地要求低，调试补偿计算要求也低，此外，测试工装的使用位置在检测系统和双频干涉仪之间，也不会受到被测反射镜对空间的限制。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种检测余弦误差角及修正误差的方法，其特征在于，所述检测余弦误差角及修正误差的方法包括：

S11：激光器（10）输出的激光射入双频干涉仪（20），所述双频干涉仪（20）将入射的所述激光分成两束光，其中一束作为参考光（81）射出，另一束通过被测反射镜（30）反射作为测量光（82）射出，所述参考光（81）及所述测量光（82）被检测系统（40）接收并形成干涉，所述检测系统（40）连接有处理终端（50），能够测算所述被测反射镜（30）的运动数据；

S12：于所述检测系统（40）及所述双频干涉仪（20）之间设置测试工装（70），将所述参考光（81）及所述测量光（82）接入所述测试工装（70），并将所述测试工装（70）与所述处理终端（50）连接，所述测试工装（70）包括偏振片（71）及位置检测装置（72），所述参考光（81）和所述测量光（82）通过所述偏振片（71）射入所述位置检测装置（72）上；

S13：调试所述测试工装（70）中的偏振片（71）屏蔽所述测量光（82），所述测试工装（70）中的位置检测装置（72）仅记录所述参考光（81）的光斑中心坐标；调试所述测试工装（70）中的偏振片（71）屏蔽所述参考光（81），所述测试工装（70）中的位置检测装置（72）仅记录所述测量光（82）的光斑中心坐标；

S14：所述处理终端（50）基于所述参考光（81）的光斑中心坐标值及所述测量光（82）的光斑中心坐标值，计算出余弦误差角；

S15：基于所述余弦误差角对余弦误差进行修正。

2.根据权利要求1所述的检测余弦误差角及修正误差的方法，其特征在于，在步骤S13中，获取所述参考光（81）的光斑中心坐标及所述测量光（82）的光斑中心坐标的方法包括：

S21：预设所述参考光（81）的光斑偏振轴为水平方向，预设所述测量光（82）的光斑的偏振轴为竖直方向；

S22：当所述偏振片（71）的偏振轴调试为水平方向时，屏蔽所述测量光（82），所述参考光（81）通过，此时所述位置检测装置（72）可探测出所述参考光（81）的光斑中心坐标（X₀，Y₀）；当所述偏振片（71）的偏振轴调试为竖直方向时，屏蔽所述参考光（81），所述测量光（82）通过，此时所述位置检测装置（72）可探测出所述测量光（82）的光斑中心坐标（X₁，Y₁）。

3.根据权利要求2所述的检测余弦误差角及修正误差的方法，其特征在于：所述偏振片（71）数量为一片，在步骤S22中，通过所述偏振片（71）旋转90°将所述偏振片（71）的偏振轴从水平方向调试为竖直方向，或从竖直方向调整为水平方向。

4.根据权利要求2所述的检测余弦误差角及修正误差的方法，其特征在于，在步骤S14中，计算所述余弦误差角的方法为：

S31：计算所述激光与所述被测反射镜（30）在水平方向的偏转角

；

S32：计算所述激光与所述被测反射镜（30）在竖直方向的偏转角

；

S33：基于所述激光与所述被测反射镜（30）在水平方向的偏转角A及与所述被测反射镜（30）在竖直方向的偏转角B，计算所述余弦误差角

；

其中，所述双频干涉仪（20）到所述被测反射镜（30）的距离为L。

5.根据权利要求4所述的检测余弦误差角及修正误差的方法，其特征在于，在步骤S15中，基于所述余弦误差角对余弦误差进行修正的方法包括：

S41：获取所述检测系统（40）测量的所述被测反射镜（30）直线运动的测量距离S_i；

S42：所述处理终端（50）基于所述测量距离S_i与所述余弦误差角C，计算所述被测反射镜（30）直线运动的实际运动距离S=S_i/cosC。

6.根据权利要求1所述的检测余弦误差角及修正误差的方法，其特征在于：在步骤S15中，将所述参考光（81）及所述测量光（82）接入所述检测系统（40），正常运动所述被测反射镜（30），所述处理终端（50）基于步骤S14中计算出的所述余弦误差角对所述检测系统（40）检测出的数据进行余弦误差修正。

7.根据权利要求6所述的检测余弦误差角及修正误差的方法，其特征在于：在步骤S15中，卸载所述测试工装（70），使所述参考光（81）及所述测量光（82）接入所述检测系统（40）；或，所述测试工装（70）包括非偏振分光镜（75），在步骤S12中，所述参考光（81）及所述测量光（82）通过所述非偏振分光镜（75）同时接入所述检测系统（40）和所述测试工装（70），在步骤S15中，保持所述参考光（81）及所述测量光（82）接入所述检测系统（40）。

8.根据权利要求7所述的检测余弦误差角及修正误差的方法，其特征在于：当步骤S12中，所述参考光（81）及所述测量光（82）通过所述非偏振分光镜（75）同时接入所述检测系统（40）和所述测试工装（70）时，所述测试工装（70）还包括连接所述处理终端（50）的自动开关，所述自动开关能够自动调节所述偏振片（71），用于每次在所述被测反射镜（30）运动后，通过所述处理终端（50）的自动开关，重复步骤S13至S14，直接获取所述余弦误差角及所述余弦误差角在水平方向的偏转角和在竖直方向的偏转角。

9.一种测量余弦误差角及修正误差的测试工装，其特征在于，所述测试工装（70）包括：

偏振片（71）、位置检测装置（72）、转动部（73）及固定部（74）；

参考光（81）和测量光（82）通过所述偏振片（71）射入所述位置检测装置（72）上；

所述偏振片（71）设置于所述转动部（73）的通孔中，且与所述转动部（73）固定连接，所述转动部（73）相对于所述固定部（74）转动，转动行程至少为90度；

所述位置检测装置（72）固定于所述固定部（74）远离所述偏振片（71）的一端。

10.根据权利要求9所述的测量余弦误差角及修正误差的测试工装，其特征在于：所述测试工装（70）还包括非偏振分光镜（75），用于将入射的所述参考光（81）及所述测量光（82）进行分光，以在不拆除所述测试工装（70）的情况下进行干涉检测。

11.一种检测余弦误差角及修正误差的系统，其特征在于，所述检测余弦误差角及修正误差的系统包括：

激光器（10）、双频干涉仪（20）、被测反射镜（30）、检测系统（40）、处理终端（50）及测试工装（70）；

测量余弦误差角时，所述测试工装（70）设置于所述检测系统（40）与所述双频干涉仪（20）之间；

所述测试工装（70）包括偏振片（71）及位置检测装置（72）。