[0021] 以下结合附图对本实用新型进行进一步说明。
[0022] 如图1所示，一种光学检测式主轴回转误差测量装置包括激光干涉仪、第一角锥反射镜a、第二角锥反射镜b、第一分光镜1、第二分光镜2、PSD传感器、环形平面镜c和激光自准直仪3。
[0023] 激光干涉仪、第一分光镜1、第二分光镜2、第二角锥反射镜b沿着被测主轴的轴线方向依次排列。激光干涉仪、第一分光镜1和第二分光镜2均安装在机架上；测量过程中，第二角锥反射镜b同轴固定安装在主轴的端部。第二角锥反射镜b的镜面方向朝向激光干涉仪。
[0024] 第一角锥反射镜a的反射面呈直角L形。第二角锥反射镜b的反射面呈圆锥形，且锥角角度为90°；第一分光镜1、第二分光镜2的镀膜方向均与被测主轴的轴线方向成45°夹角。
[0025] 第一角锥反射镜a安装在第一分光镜1的侧部。PSD传感器安装在机架上，在第二分光镜2垂直于轴线的下方，使得第二分光镜2的反射光线能打在PSD传感器上。
[0026] 第一角锥反射镜a的反射面与第一分光镜1的镀膜保持相对安装，使第一分光镜1反射的光线被第一角锥反射镜a反射后以垂直于激光初始入射方向射入第一分光镜1的镀膜上。
[0027] 测试过程中，激光干涉仪射出的入射激光经过第一分光镜1、第二分光镜2射入第二角锥反射镜b。入射激光在第一分光镜1处形成第一分光束；第一分光束经第一角锥反射镜a反射后重新射入第一分光镜1，并经第一分光镜1反射后射向激光干涉仪的检测区域。
[0028] 入射激光在第二角锥反射镜b反射形成反射光束；反射光束经过第二分光镜2、第一分光镜1射向激光干涉仪的检测区域；反射光束在第二分光镜2处形成第二分光束；第二分光束射入PSD传感器。第一分光束作为标准光，反射光束作为试验光，在激光干涉仪的检测区域形成干涉条纹。
[0029] 入射激光与被测主轴的轴线不重合。第一分光束射入第一角锥反射镜a的部分所在直线与第一角锥反射镜a尖端的距离，等于入射激光所在直线与初始状态下第二角锥反射镜b尖端的距离，使得第一分光束与反射光束射入激光干涉仪的检测区域的位置相同或相近。
[0030] 第一分光束穿过第一分光镜1的部分、入射激光在第二分光镜2反射出的分光束、反射光束在第一分光镜1反射出的分光束均不射向测量装置中的任何元件，不起任何作用且不影响检测结果，故不作赘述。
[0031] 环形平面镜c同轴固定在被测主轴的外圆周面上。在保证环形平面镜c的表面质量的同时，需要保证平面镜镜面与主轴轴线的垂直度。激光自准直仪3安装在机架上，且面向环形平面镜c的镜面，用于发射并接收激光。
[0032] 本实用新型的工作原理如下：
[0033] 步骤一、第一分光镜1和第二分光镜2组合安装，保持第一分光镜1和第二分光镜2的分光面相互平行，且均与被测主轴的轴线方向成45°夹角，来保证光路测量的准确性；第一角锥反射镜a安装于第一分光镜1上部，用来形成标准光；第二角锥反射镜b安装于主轴端面中心位置，以产生实验光。在第二分光镜2的侧部安装PSD传感器，用来接收第二分光镜2反射出的光线，用来获取主轴的径向误差，安装时中心对准光路，保证PSD传感器的利用率，防止光信号的遗漏。
[0034] 步骤二、运行被测主轴，被测主轴带动第二角锥反射镜b进行转动；待运动稳定后，运行激光干涉仪；激光干涉仪发射的激光被第一分光镜1分为两束，一束在第一分光镜1处发生反射，在第一角锥反射镜a和第一分光镜1的二次反射作用下又回到激光干涉仪，该束光为标准光；而另一束则穿过第一分光镜1，经被测主轴处安装的第二角锥反射镜b反射后，也回到激光干涉仪处，该束光为实验光，由于标准光与实验光是由同一束激光分光得来，所以二者符合相干条件，进而发生干涉。
[0035] 由于主轴运动过程中主轴轴向会发生位移，即轴向误差的存在，使得两束光之间的干涉条纹会随着主轴的转动发生变化；当角锥反射镜随主轴的轴向每移动半个激光波长，就会出现一个干涉条纹光强变化循环(明‑暗‑明)，通过计算这种变化就能求解出主轴的轴向误差，此部分为用来测量主轴轴向误差的轴向检测模块part1。
[0036] 具体地，试验光的光程随着主轴的轴向移动而变化，干涉条纹的数量也随着试验光的光程。由此即可通过干涉条纹数量相对于初始时刻的变化量Nθ计算出被测主轴的轴向误差 其中，λ0为激光波长；n为空气折射率。
[0037] 步骤三、当实验光由主轴处安装的第二角锥反射镜b作用后，回到激光干涉仪接收端的途中，会受到第二分光镜2的作用；实验光在第二分光镜2的作用下分成两束，一束光直接透射过分光镜，回到激光干涉仪的检测区域；而另一束光则在第二分光镜2处发生反射，进而改变光路投射到第二分光镜2侧部的PSD传感器上。由于主轴的径向运动会使得激光在第二角锥反射镜b处的入射点发生变化，使得其出射点位置也发生变化，故PSD传感器检测到的激光入射位置信号也会发生改变，以被测主轴处于不同相位θ时PSD传感器检测到的光斑位置信号、初始位置信号分别为终点、起点的向量即为被测主轴在不同相位θ的径向误差。此部分为用来测量主轴径向误差的径向检测模块part2。
[0038] 该过程的原理在于：由于光路之间存在着几何关系，故可以通过PSD传感器上的光斑轨迹位置反推主轴的径向位移。当第二角锥反射镜b在被测主轴径向平面上沿x或y方向移动一定距离，PSD传感器上光斑也沿着PSD平面的x或y方向移动相同距离。
[0039] 步骤四、解算主轴倾角误差。利用激光自准直仪3测量倾角误差的过程如图3所示；激光自准直仪3射出的激光在环形平面镜c反射后回到激光自准直仪3的检测区域。当环形平面镜c随着主轴运转时，主轴的倾角误差会反映在镜面上，使得激光自准直仪3接收到的光束落点发生偏移。通过这一原理，即可求解出主轴的倾角误差，此部分为用来测量主轴倾角误差的倾角检测模块part3。
[0040] 作为一种可选的实施方案，可以选用下式来计算主轴在X、Y两个方向的倾角误差：
[0041]
[0042] 其中，αθ(x)、αθ(y)分别为主轴倾角误差αθ在x方向、y方向的分量；γθ(x)、γθ(y)分别为自准直仪读数γθ在x方向、y方向的分量； 分别为环形平面镜c的安装误差 在x方向、y方向的分量。
