激光六自由度误差同时测量仪的研制

本项目从国家对先进制造的需求出发，依据多年来在激光多自由度误差同时测量方面取得的研究成果，提出研制激光六自由度误差同时测量仪器。着重围绕半导体激光器稳频、光线漂移实时补偿、六自由度误差同时测量技术集成等关键问题，研制出基于半导体激光器的小型六自由度误差同时测量仪器，为我国数控机床、加工中心等设备的研究、制造与使用提供一种快速高效的精密测量手段，以保障这些设备的制造与加工精度；在此基础上，研究提高各种误差测量灵敏度的方法，获得基于He-Ne激光器的六自由度误差同时测量装置，直接用于光刻机、微纳三坐标测量机等高端设备直线运动基准的基础研究与制造。本项目完成后，不仅能获得具有自主知识产权的激光六自由度误差同时测量仪器，为超高精密设备的研究、设计、制造、装配与使用提供技术支撑，同时关键问题的研究将解决我国精密制造与测量中的一些共性问题和关键技术，具有重要的理论意义和实用价值。

高精度直线运动部件是光刻机、超精密加工设备、微纳三坐标测量机等设备的关键基础部件，其精度对这些精密/超精密设备的加工与测量精度起着关键作用。任何一个直线运动部件在空间均存在六个自由度误差，即沿轴向的定位误差，两个方向的直线度误差以及环绕三个坐标轴的角度误差，相应为俯仰角、偏摆角以及滚转角，这些误差的存在极大地影响了这些设备的精度与质量。目前检测机床精度最常用手段是使用激光干涉仪，激光干涉仪是单参数测量，每次安装调整只能测量一种误差分量，而每个测量过程又需要使用不同类型的测量附件和重新调整干涉仪，使得检测过程漫长，正常生产过程受到破坏，结果是使用者往往不对设备进行定期检测，造成加工精度下降。因此研究多误差参量同时测量方法与仪器，成为先进制造与加工行业急需要解决的关键测量问题之一。.本项目从国家对先进制造的需求出发，重点解决了激光六自由度误差同时测量中的关键问题与技术，包括滚转角测量、光线漂移补偿、六自由度同时测量方法、半导体激光器稳频、测量系统误差建模与补偿，并在此基础上，研制出了三套六自由度误差同时测量仪，其中基于单模光纤半导体激光器/He-Ne双频激光器组合的测量仪在满足精度要求的前提下，使仪器集成化小型化，可适用于一般精密型数控机床现场快速检测；采用单根保偏光纤实现了双频正交偏振激光的传输，解决了偏振方向的控制问题，首次实现了基于单根光纤的双频激光干涉测长，并在此基础上，制作了六自由度误差测量仪，可以获得更高测量精度；而基于光纤耦合He-Ne单频激光器的六自由度误差方案既可实现高精度测量，又能实现仪器小型化。本项目的完成，不仅能获得具有自主知识产权的激光六自由度误差同时测量仪器，为高精密设备的研究、设计、制造、装配与使用提供技术支撑，同时关键问题的研究将解决我国精密制造与测量中的一些共性问题，具有重要的理论意义和实用价值。