旋轉(zhuǎn)檢測(cè)設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)檢測(cè)設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 旋轉(zhuǎn)檢測(cè)設(shè)備使得能夠檢測(cè)到兩個(gè)組件之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)。這在有必要知道兩個(gè)組 件已經(jīng)相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)使得可以采取隨后的動(dòng)作時(shí)是有用的。當(dāng)有必要知道所述組件已經(jīng) 相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)的程度時(shí)，使得能夠測(cè)量旋轉(zhuǎn)的程度的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)設(shè)備是有用的。例如，當(dāng)移 動(dòng)的機(jī)器組件沿著軌跡行進(jìn)時(shí)，此旋轉(zhuǎn)檢測(cè)設(shè)備將可用于確定移動(dòng)的機(jī)器組件相對(duì)于靜止 的機(jī)器組件的旋轉(zhuǎn)的程度。此信息使得能夠校準(zhǔn)機(jī)器。具體來(lái)說(shuō)，此旋轉(zhuǎn)檢測(cè)設(shè)備可以用于 校準(zhǔn)坐標(biāo)定位設(shè)備，例如，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(CMM)、機(jī)床或旋轉(zhuǎn)/傾斜臺(tái)。
[0003] 旋轉(zhuǎn)檢測(cè)設(shè)備還可以用于跟蹤系統(tǒng)，例如，用于準(zhǔn)確地跟蹤機(jī)械臂的移動(dòng)、或舉例 來(lái)說(shuō)跟蹤安裝在CMM的套管軸上的工具的移動(dòng)的系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 希望提供在旋轉(zhuǎn)檢測(cè)設(shè)備(例如上文所描述的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)設(shè)備)的精度中的改進(jìn)。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種旋轉(zhuǎn)檢測(cè)設(shè)備，其包括:束源，其用于發(fā)射偏振 光束;散肩布置，其用于消除或至少減少偏振光的第一和第二獨(dú)立偏振分量之間的相干度 以產(chǎn)生經(jīng)散肩的偏振光束;檢測(cè)器，其用于取決于入射在其上的光的強(qiáng)度來(lái)輸出信號(hào)，所述 檢測(cè)器經(jīng)布置使得所述經(jīng)散肩的偏振光束入射到其上;偏振器，其用于定位在經(jīng)散肩的偏 振光束的路徑中，使得偏振器相對(duì)于經(jīng)散肩的偏振光束的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致從束源入射到檢測(cè)器的 光的強(qiáng)度的變化以及在從檢測(cè)器輸出的信號(hào)中的相對(duì)應(yīng)的變化；以及處理器，其用于基于 從檢測(cè)器輸出的信號(hào)的變化檢測(cè)相對(duì)旋轉(zhuǎn)。
[0006] 經(jīng)散肩的偏振光束可以替代地被稱作經(jīng)處理的偏振光束，所述經(jīng)處理的偏振光束 已經(jīng)由該散肩布置處理以消除或至少減少偏振光的第一和第二獨(dú)立偏振分量之間的相干 度。
[0007] 偏振光束可以包括具有第一和第二不同對(duì)應(yīng)偏振狀態(tài)的第一和第二束部分，由此 相對(duì)應(yīng)地提供來(lái)自檢測(cè)器的第一和第二不同輸出信號(hào)，并且其中處理器可操作以基于來(lái)自 檢測(cè)器的第一和第二輸出信號(hào)之間的差值檢測(cè)相對(duì)旋轉(zhuǎn)。
[0008] 第一和第二束部分可以相對(duì)于彼此在時(shí)間上間隔開。
[0009] 束源可以包括對(duì)應(yīng)地用于發(fā)射第一和第二束部分的第一和第二不同光源。
[0010] 檢測(cè)器可以包括用于提供第一和第二不同輸出信號(hào)的單個(gè)檢測(cè)器。
[0011] 第一和第二束部分可具有基本上相同的波長(zhǎng)。
[0012] 所述設(shè)備可以包括用于使束源中的該光源或每一光源的波長(zhǎng)穩(wěn)定的構(gòu)件。
[0013] 第一和第二束部分可具有基本上相同的剖面和朝向偏振器的至少一個(gè)初始共同 傳播軸。
[0014] 第一和第二束部分中的每一個(gè)在檢測(cè)器上的軌跡可以至少部分重疊。
[0015] 束源可以包括束調(diào)節(jié)器，在時(shí)間上間隔開的第一和第二束部分在被從束源發(fā)射之 前通過(guò)所述束調(diào)節(jié)器。束調(diào)節(jié)器可以包括光纖。
[0016] 所述設(shè)備可以包括用于提供在偏振器的偏振軸和偏振光的偏振方向之間的第一 和第二不同相對(duì)定向的布置，由此相對(duì)應(yīng)地提供來(lái)自檢測(cè)器的第一和第三不同輸出信號(hào)， 并且其中處理器可操作以基于來(lái)自檢測(cè)器的第一和第三輸出信號(hào)之間的差值檢測(cè)相對(duì)旋 轉(zhuǎn)。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種旋轉(zhuǎn)檢測(cè)設(shè)備，其包括:束源，其用于發(fā)射偏振 光束;檢測(cè)器，其用于取決于入射在其上的光的強(qiáng)度來(lái)輸出信號(hào)，所述檢測(cè)器經(jīng)布置使得偏 振光束入射到其上;偏振器，其用于定位在偏振光束的路徑中，使得偏振器相對(duì)于偏振光束 的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致從束源入射到檢測(cè)器的光的強(qiáng)度的變化以及在從檢測(cè)器輸出的信號(hào)中的相對(duì) 應(yīng)的變化；以及處理器，其用于基于從檢測(cè)器輸出的信號(hào)的變化檢測(cè)相對(duì)旋轉(zhuǎn);其中偏振光 束包括具有第一和第二不同對(duì)應(yīng)偏振狀態(tài)的第一和第二束部分;其中所述設(shè)備包括用于針 對(duì)第一和第二束部分中的每一個(gè)提供在偏振器的偏振軸和所述束部分的偏振光的偏振方 向之間的第一和第二不同相對(duì)定向的布置，由此相對(duì)應(yīng)地提供來(lái)自檢測(cè)器的第一到第四不 同輸出信號(hào)，所述不同輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)地與以下各者有關(guān)：（1)第一束部分的第一相對(duì)定向； (2)第二束部分的第一相對(duì)定向；（3)第一束部分的第二相對(duì)定向；以及(4)第二束部分的第 二相對(duì)定向；并且其中處理器可操作以基于來(lái)自檢測(cè)器的第一到第四輸出信號(hào)檢測(cè)相對(duì)旋 轉(zhuǎn)。
[0018] 所述設(shè)備可以包括散肩布置，其用于消除或至少減少來(lái)自束源的偏振光的第一和 第二獨(dú)立偏振分量之間的相干度以產(chǎn)生經(jīng)由偏振器入射在檢測(cè)器上的經(jīng)散肩的偏振光束， 使得通過(guò)處理器檢測(cè)到的相對(duì)旋轉(zhuǎn)在偏振器和經(jīng)散肩的偏振光束之間。
[0019] 處理器可以可操作以基于第一和第二輸出信號(hào)之間的差值得出第一值，基于第三 和第四輸出信號(hào)之間的差值得出第二值，且基于第一值和第二值之間的差值檢測(cè)相對(duì)旋 轉(zhuǎn)。
[0020] 所述處理器可以可操作以基于第一和第三輸出信號(hào)之間的差值得出第一值，基于 第二和第四輸出信號(hào)之間的差值得出第二值，且基于第一值和第二值之間的差值檢測(cè)相對(duì) 旋轉(zhuǎn)。
[0021] 所述設(shè)備可以包括可變?cè)鲆婕?jí)，其用于縮放輸出信號(hào)、和/或與和所述輸出信號(hào)相 關(guān)的第一和第二不同相對(duì)定向中的一個(gè)相關(guān)聯(lián)的差值和/或與第一和第二不同相對(duì)定向中 的另一個(gè)相關(guān)聯(lián)的差值。
[0022] 偏振器可以形成用于提供第一和第二不同相對(duì)定向的布置的部分。偏振器可以包 括用于提供第一和第二不同相對(duì)定向的偏振光束分光器，例如沃拉斯頓偏振器。
[0023] 用于提供第一和第二不同相對(duì)定向的布置可以包括偏振光束分光器。
[0024] 用于提供第一和第二不同相對(duì)定向的布置可以包括雙折射偏振器。
[0025] 用于提供第一和第二不同相對(duì)定向的布置可以包括沃拉斯頓偏振器。
[0026] 檢測(cè)器可以包括用于提供對(duì)應(yīng)地與第一和第二不同相對(duì)定向有關(guān)的輸出信號(hào)的 第一和第二不同檢測(cè)器。
[0027] 用于提供第一和第二不同相對(duì)定向的布置可以包括用于使偏振光束旋轉(zhuǎn)以提供 第一和第二不同相對(duì)定向的構(gòu)件。
[0028] 第一和第二不同相對(duì)定向之間的差值可以是例如在1°和179°之間、在5°和175°之 間、在15°和165°之間、在45°和135°之間或在85°和95°之間的任何非零值。第一和第二不同 相對(duì)定向之間的差值可以大體上是90°。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種旋轉(zhuǎn)檢測(cè)設(shè)備，其包括:束源，其用于發(fā)射偏振 光束;檢測(cè)器，其用于取決于入射在其上的光的強(qiáng)度來(lái)輸出信號(hào)，所述檢測(cè)器經(jīng)布置使得偏 振光束入射到其上;偏振器，其用于定位在偏振光束的路徑中，使得偏振器相對(duì)于偏振光束 的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致從束源入射到檢測(cè)器的光的強(qiáng)度的變化以及在從檢測(cè)器輸出的信號(hào)中的相對(duì) 應(yīng)的變化；以及處理器，其用于基于從檢測(cè)器輸出的信號(hào)的變化檢測(cè)相對(duì)旋轉(zhuǎn);其中偏振光 束包括具有第一和第二不同對(duì)應(yīng)偏振狀態(tài)的第一和第二束部分，由此相對(duì)應(yīng)地提供來(lái)自檢 測(cè)器的第一和第二不同輸出信號(hào)，并且其中處理器可操作以基于來(lái)自檢測(cè)器的第一和第二 輸出信號(hào)之間的差值檢測(cè)相對(duì)旋轉(zhuǎn);并且其中所述設(shè)備包括半透明檢測(cè)器布置，其用于在 偏振光束的路徑中定位在偏振器之前，使得第一和第二束部分入射到所述布置且入射光的 至少部分通過(guò)所述布置，所述布置經(jīng)調(diào)適且經(jīng)布置以將處理器對(duì)相對(duì)旋轉(zhuǎn)的檢測(cè)影響為大 體上是第一和第二束部分的強(qiáng)度之間的差值的線性函數(shù)，其中所述布置經(jīng)調(diào)適以測(cè)量所述 函數(shù)的偏移項(xiàng)且調(diào)整通過(guò)所述布置提供的影響以抵消偏移項(xiàng)的影響，和/或其中偏移項(xiàng)不 隨環(huán)境條件和/或第一和第二束部分的波長(zhǎng)大大漂移。
[0030] 所述布置可以經(jīng)調(diào)適以提供信號(hào)，所述信號(hào)大體上是第一和第二束部分的強(qiáng)度之 間的差值的線性函數(shù)，且通過(guò)所述布置提供的信號(hào)可以經(jīng)布置以影響處理器對(duì)相對(duì)旋轉(zhuǎn)的 檢測(cè)。
[0031] 所述設(shè)備可以包括控制單元，所述控制單元可操作以取決于通過(guò)所述布置提供的 信號(hào)控制第一和第二束部分的相對(duì)強(qiáng)度。通過(guò)所述布置提供的信號(hào)由此經(jīng)布置以影響處理 器對(duì)相對(duì)旋轉(zhuǎn)的檢測(cè)。
[0032]處理器可以可操作以取決于通過(guò)所述布置提供的信號(hào)檢測(cè)相對(duì)旋轉(zhuǎn)。通過(guò)所述布 置提供的信號(hào)由此經(jīng)布置以影響處理器對(duì)相對(duì)旋轉(zhuǎn)的檢測(cè)。
[0033] 散肩布置可以經(jīng)配置以對(duì)應(yīng)地為偏振光的第一和第二偏振分量提供第一和第二 不同光程長(zhǎng)度，其中第一和第二光程長(zhǎng)度之間的差值超過(guò)源的相干長(zhǎng)度。
[0034] 散肩布置可以包括源，所述源經(jīng)配置以具有如此的相干長(zhǎng)度:該相干長(zhǎng)度小于對(duì) 應(yīng)地由偏振光的第一和第二偏振分量經(jīng)歷的第一和第二不同光程長(zhǎng)度之間的差值。
[0035] 散肩布置可以經(jīng)配置以使偏振光的第一和第二偏振分量對(duì)應(yīng)地具有第一和第二 不同光程長(zhǎng)度，其中第一和第二路徑之間的相位差或相移取決于參數(shù)，并且其中與在該參 數(shù)的值上求平均的第一和第二偏振分量之間的干涉有關(guān)的干涉項(xiàng)大體上為零。
[0036]所述源可以被認(rèn)為形成散肩布置的部分。
[0037]散肩布置可以包括雙折射材料，例如呈雙折射晶體形式，以用于定位在偏振光束 的路徑中。
[0038] 位于在散肩布置和偏振器之間的經(jīng)散肩的偏振光束的路徑中的任何光學(xué)組件優(yōu) 選地不引入較大漂移。
[0039] 散肩布置可以經(jīng)布置以引入在偏振光的第一和第二獨(dú)立偏振分量之間的光程長(zhǎng) 度中的差值。光程長(zhǎng)度中的差值可以約為或大于偏振光的相干長(zhǎng)度。
[0040] 從束源發(fā)射的偏振光束可以部分或完全偏振。
[0041] 通過(guò)處理器檢測(cè)相對(duì)旋轉(zhuǎn)可以包括檢測(cè)到已發(fā)生的任何量的相對(duì)旋轉(zhuǎn)。即使當(dāng)相 對(duì)于任何參考系確定偏振器的相對(duì)旋轉(zhuǎn)的量時(shí)也是如此，因?yàn)橥ㄟ^(guò)確定相對(duì)旋轉(zhuǎn)的量(至 少在所述量為非零時(shí)），確定已發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)。
[0042] 通過(guò)處理器檢測(cè)相對(duì)旋轉(zhuǎn)可以包括確定相對(duì)旋轉(zhuǎn)的量度。例如，所述量度可以是 在偏振器和固定參考系之間的絕對(duì)角度，或絕對(duì)角度中的變化。固定參考系可以由束源中 的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件界定，例如保偏光纖的偏振軸或參考偏振器的偏振軸。應(yīng)了解，就此 而言，偏振器和入射在偏振器上的偏振光束之間的絕對(duì)角度可不與偏振器和參考偏振器之 間的角度相同，但這兩個(gè)角度是有關(guān)的，因?yàn)楫?dāng)偏振器相對(duì)于入射到其上的偏振光束旋轉(zhuǎn) 時(shí)，該兩個(gè)角度改變相同的量(至少當(dāng)參考偏振器固定時(shí)）。如果存在的話，固定參考系還可 以由散肩布置(例如雙折射材料)來(lái)界定。量度不必是實(shí)際角度，而可以是（以任何方式)取 決于實(shí)際角度的某一其它值。量度可以是不時(shí)地角定向中的變化，而非是絕對(duì)角定向。
[0043] 被檢測(cè)到的相對(duì)旋轉(zhuǎn)可以是角定向關(guān)于軸的旋轉(zhuǎn)或改變，所述軸平行于偏振光束 的傳播軸延伸。
[0044] 因?yàn)槭菣z測(cè)相對(duì)旋轉(zhuǎn)，所以用于相對(duì)旋轉(zhuǎn)的偏振器和參考偏振器中的一個(gè)可以安 裝在并入有此旋轉(zhuǎn)檢測(cè)設(shè)備的機(jī)器的可移動(dòng)部分上，而另一個(gè)安裝在固定部分上。替代地， 這兩者均可以安裝在機(jī)器的不同可移動(dòng)部分上。
[0045] 應(yīng)了解，當(dāng)說(shuō)明束入射到特定元件時(shí)，并不意味所述束直接（即，在不通過(guò)另一光 學(xué)元件的情況下)入射在其上。例如，當(dāng)來(lái)自束源的偏振光束(經(jīng)散肩或以其它方式進(jìn)行處 理)被描述為入射到檢測(cè)器時(shí)，將是其已經(jīng)通過(guò)偏振器之后。
[0046] 應(yīng)了解，檢測(cè)器可以包括具有單獨(dú)的對(duì)應(yīng)輸出的多個(gè)光敏感區(qū)域，其中從檢測(cè)器 輸出的信號(hào)根據(jù)光敏感區(qū)域的輸出的組合得出。此檢測(cè)器的實(shí)例是具有四個(gè)光敏感區(qū)域的 四邊形單元，所述光敏感區(qū)域具有單獨(dú)的對(duì)應(yīng)輸出；所述輸出可以經(jīng)組合以產(chǎn)生單一輸出 信號(hào)，因此所述四邊形單元充當(dāng)單個(gè)檢測(cè)器。
[0047] 當(dāng)元件描述為可操作以執(zhí)行或用于執(zhí)行某一功能時(shí)，如果需要更加清楚地區(qū)分本 發(fā)明與先前考慮的布置，那么所述元件可被認(rèn)為經(jīng)配置或經(jīng)調(diào)適或經(jīng)布置以執(zhí)行所述功能 而非僅能夠執(zhí)行所述功能。例如，當(dāng)使用通過(guò)程序指令控制的通用處理器時(shí)，當(dāng)適合于控制 所述處理器以在操作期間執(zhí)行功能的程序指令實(shí)際上就位時(shí)，所述處理器可以被認(rèn)為經(jīng)配 置或經(jīng)調(diào)適或經(jīng)布置以執(zhí)行功能。
[0048] -般來(lái)說(shuō)，偏振器可以通過(guò)偏振軸表征。對(duì)于平面裝置(例如細(xì)線、二色性材料）， 所述偏振軸是在裝置的平面內(nèi)的軸。對(duì)于晶體光學(xué)，所述偏振軸是晶體的光學(xué)軸且其通常 經(jīng)定向以平行于輸入窗口的平面。在經(jīng)配置以測(cè)量關(guān)于傳播軸的旋轉(zhuǎn)的已知系統(tǒng)中，偏振 軸經(jīng)配置使得偏振軸垂直于傳播軸。偏振軸有時(shí)被稱作透射軸，尤其是(但并非排他地)相 對(duì)于吸收偏振器(如與例如分