旋轉檢測設備的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種旋轉檢測設備。
【背景技術】
[0002] 旋轉檢測設備使得能夠檢測到兩個組件之間的相對旋轉。這在有必要知道兩個組 件已經相對于彼此旋轉使得可以采取隨后的動作時是有用的。當有必要知道所述組件已經 相對于彼此旋轉的程度時，使得能夠測量旋轉的程度的旋轉檢測設備是有用的。例如，當移 動的機器組件沿著軌跡行進時，此旋轉檢測設備將可用于確定移動的機器組件相對于靜止 的機器組件的旋轉的程度。此信息使得能夠校準機器。具體來說，此旋轉檢測設備可以用于 校準坐標定位設備，例如，坐標測量機(CMM)、機床或旋轉/傾斜臺。
[0003] 旋轉檢測設備還可以用于跟蹤系統，例如，用于準確地跟蹤機械臂的移動、或舉例 來說跟蹤安裝在CMM的套管軸上的工具的移動的系統。
【發明內容】
[0004] 希望提供在旋轉檢測設備(例如上文所描述的旋轉檢測設備)的精度中的改進。
[0005] 根據本發明的第一方面，提供一種旋轉檢測設備，其包括:束源，其用于發射偏振 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立偏振分量之間的相干度 以產生經散肩的偏振光束;檢測器，其用于取決于入射在其上的光的強度來輸出信號，所述 檢測器經布置使得所述經散肩的偏振光束入射到其上;偏振器，其用于定位在經散肩的偏 振光束的路徑中，使得偏振器相對于經散肩的偏振光束的旋轉導致從束源入射到檢測器的 光的強度的變化以及在從檢測器輸出的信號中的相對應的變化；以及處理器，其用于基于 從檢測器輸出的信號的變化檢測相對旋轉。
[0006] 經散肩的偏振光束可以替代地被稱作經處理的偏振光束，所述經處理的偏振光束 已經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應偏振狀態的第一和第二束部分，由此 相對應地提供來自檢測器的第一和第二不同輸出信號，并且其中處理器可操作以基于來自 檢測器的第一和第二輸出信號之間的差值檢測相對旋轉。
[0008] 第一和第二束部分可以相對于彼此在時間上間隔開。
[0009] 束源可以包括對應地用于發射第一和第二束部分的第一和第二不同光源。
[0010] 檢測器可以包括用于提供第一和第二不同輸出信號的單個檢測器。
[0011] 第一和第二束部分可具有基本上相同的波長。
[0012] 所述設備可以包括用于使束源中的該光源或每一光源的波長穩定的構件。
[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初始共同 傳播軸。
[0014] 第一和第二束部分中的每一個在檢測器上的軌跡可以至少部分重疊。
[0015] 束源可以包括束調節器，在時間上間隔開的第一和第二束部分在被從束源發射之 前通過所述束調節器。束調節器可以包括光纖。
[0016] 所述設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 和第二不同相對定向的布置，由此相對應地提供來自檢測器的第一和第三不同輸出信號， 并且其中處理器可操作以基于來自檢測器的第一和第三輸出信號之間的差值檢測相對旋 轉。
[0017] 根據本發明的第二方面，提供一種旋轉檢測設備，其包括:束源，其用于發射偏振 光束;檢測器，其用于取決于入射在其上的光的強度來輸出信號，所述檢測器經布置使得偏 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，使得偏振器相對于偏振光束 的旋轉導致從束源入射到檢測器的光的強度的變化以及在從檢測器輸出的信號中的相對 應的變化；以及處理器，其用于基于從檢測器輸出的信號的變化檢測相對旋轉;其中偏振光 束包括具有第一和第二不同對應偏振狀態的第一和第二束部分;其中所述設備包括用于針 對第一和第二束部分中的每一個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定向的布置，由此相對應地提供來自檢測器的第一到第四不 同輸出信號，所述不同輸出信號對應地與以下各者有關：（1)第一束部分的第一相對定向； (2)第二束部分的第一相對定向；（3)第一束部分的第二相對定向；以及(4)第二束部分的第 二相對定向；并且其中處理器可操作以基于來自檢測器的第一到第四輸出信號檢測相對旋 轉。
[0018] 所述設備可以包括散肩布置，其用于消除或至少減少來自束源的偏振光的第一和 第二獨立偏振分量之間的相干度以產生經由偏振器入射在檢測器上的經散肩的偏振光束， 使得通過處理器檢測到的相對旋轉在偏振器和經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之間的差值得出第一值，基于第三 和第四輸出信號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相對旋 轉。
[0020] 所述處理器可以可操作以基于第一和第三輸出信號之間的差值得出第一值，基于 第二和第四輸出信號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相對 旋轉。
[0021] 所述設備可以包括可變增益級，其用于縮放輸出信號、和/或與和所述輸出信號相 關的第一和第二不同相對定向中的一個相關聯的差值和/或與第一和第二不同相對定向中 的另一個相關聯的差值。
[0022] 偏振器可以形成用于提供第一和第二不同相對定向的布置的部分。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定向的布置可以包括沃拉斯頓偏振器。
[0026] 檢測器可以包括用于提供對應地與第一和第二不同相對定向有關的輸出信號的 第一和第二不同檢測器。
[0027] 用于提供第一和第二不同相對定向的布置可以包括用于使偏振光束旋轉以提供 第一和第二不同相對定向的構件。
[0028] 第一和第二不同相對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 相對定向之間的差值可以大體上是90°。
[0029] 根據本發明的第三方面，提供一種旋轉檢測設備，其包括:束源，其用于發射偏振 光束;檢測器，其用于取決于入射在其上的光的強度來輸出信號，所述檢測器經布置使得偏 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，使得偏振器相對于偏振光束 的旋轉導致從束源入射到檢測器的光的強度的變化以及在從檢測器輸出的信號中的相對 應的變化；以及處理器，其用于基于從檢測器輸出的信號的變化檢測相對旋轉;其中偏振光 束包括具有第一和第二不同對應偏振狀態的第一和第二束部分，由此相對應地提供來自檢 測器的第一和第二不同輸出信號，并且其中處理器可操作以基于來自檢測器的第一和第二 輸出信號之間的差值檢測相對旋轉;并且其中所述設備包括半透明檢測器布置，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 至少部分通過所述布置，所述布置經調適且經布置以將處理器對相對旋轉的檢測影響為大 體上是第一和第二束部分的強度之間的差值的線性函數，其中所述布置經調適以測量所述 函數的偏移項且調整通過所述布置提供的影響以抵消偏移項的影響，和/或其中偏移項不 隨環境條件和/或第一和第二束部分的波長大大漂移。
[0030] 所述布置可以經調適以提供信號，所述信號大體上是第一和第二束部分的強度之 間的差值的線性函數，且通過所述布置提供的信號可以經布置以影響處理器對相對旋轉的 檢測。
[0031] 所述設備可以包括控制單元，所述控制單元可操作以取決于通過所述布置提供的 信號控制第一和第二束部分的相對強度。通過所述布置提供的信號由此經布置以影響處理 器對相對旋轉的檢測。
[0032]處理器可以可操作以取決于通過所述布置提供的信號檢測相對旋轉。通過所述布 置提供的信號由此經布置以影響處理器對相對旋轉的檢測。
[0033] 散肩布置可以經配置以對應地為偏振光的第一和第二偏振分量提供第一和第二 不同光程長度，其中第一和第二光程長度之間的差值超過源的相干長度。
[0034] 散肩布置可以包括源，所述源經配置以具有如此的相干長度:該相干長度小于對 應地由偏振光的第一和第二偏振分量經歷的第一和第二不同光程長度之間的差值。
[0035] 散肩布置可以經配置以使偏振光的第一和第二偏振分量對應地具有第一和第二 不同光程長度，其中第一和第二路徑之間的相位差或相移取決于參數，并且其中與在該參 數的值上求平均的第一和第二偏振分量之間的干涉有關的干涉項大體上為零。
[0036]所述源可以被認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散肩的偏振光束的路徑中的任何光學組件優 選地不引入較大漂移。
[0039] 散肩布置可以經布置以引入在偏振光的第一和第二獨立偏振分量之間的光程長 度中的差值。光程長度中的差值可以約為或大于偏振光的相干長度。
[0040] 從束源發射的偏振光束可以部分或完全偏振。
[0041] 通過處理器檢測相對旋轉可以包括檢測到已發生的任何量的相對旋轉。即使當相 對于任何參考系確定偏振器的相對旋轉的量時也是如此，因為通過確定相對旋轉的量(至 少在所述量為非零時），確定已發生相對旋轉。
[0042] 通過處理器檢測相對旋轉可以包括確定相對旋轉的量度。例如，所述量度可以是 在偏振器和固定參考系之間的絕對角度，或絕對角度中的變化。固定參考系可以由束源中 的一個或多個光學元件界定，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，但這兩個角度是有關的，因為當偏振器相對于入射到其上的偏振光束旋轉 時，該兩個角度改變相同的量(至少當參考偏振器固定時）。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)來界定。量度不必是實際角度，而可以是（以任何方式)取 決于實際角度的某一其它值。量度可以是不時地角定向中的變化，而非是絕對角定向。
[0043] 被檢測到的相對旋轉可以是角定向關于軸的旋轉或改變，所述軸平行于偏振光束 的傳播軸延伸。
[0044] 因為是檢測相對旋轉，所以用于相對旋轉的偏振器和參考偏振器中的一個可以安 裝在并入有此旋轉檢測設備的機器的可移動部分上，而另一個安裝在固定部分上。替代地， 這兩者均可以安裝在機器的不同可移動部分上。
[0045] 應了解，當說明束入射到特定元件時，并不意味所述束直接（即，在不通過另一光 學元件的情況下)入射在其上。例如，當來自束源的偏振光束(經散肩或以其它方式進行處 理)被描述為入射到檢測器時，將是其已經通過偏振器之后。
[0046] 應了解，檢測器可以包括具有單獨的對應輸出的多個光敏感區域，其中從檢測器 輸出的信號根據光敏感區域的輸出的組合得出。此檢測器的實例是具有四個光敏感區域的 四邊形單元，所述光敏感區域具有單獨的對應輸出；所述輸出可以經組合以產生單一輸出 信號，因此所述四邊形單元充當單個檢測器。
[0047] 當元件描述為可操作以執行或用于執行某一功能時，如果需要更加清楚地區分本 發明與先前考慮的布置，那么所述元件可被認為經配置或經調適或經布置以執行所述功能 而非僅能夠執行所述功能。例如，當使用通過程序指令控制的通用處理器時，當適合于控制 所述處理器以在操作期間執行功能的程序指令實際上就位時，所述處理器可以被認為經配 置或經調適或經布置以執行功能。
[0048] -般來說，偏振器可以通過偏振軸表征。對于平面裝置(例如細線、二色性材料）， 所述偏振軸是在裝置的平面內的軸。對于晶體光學，所述偏振軸是晶體的光學軸且其通常 經定向以平行于輸入窗口的平面。在經配置以測量關于傳播軸的旋轉的已知系統中，偏振 軸經配置使得偏振軸垂直于傳播軸。偏振軸有時被稱作透射軸，尤其是(但并非排他地)相 對于吸收偏振器(如與例如分