Angesichts des Bedarfs an hochpräzisen Messungen von nanometergenauen Verschiebungen und mikrorad-genauen Winkelabweichungen der Position optischer Komponenten in Bereichen wie Lithografiemaschinen, Präzisionsmontage und Weltraumoptiksystemen sowie der Unzulänglichkeiten bestehender Methoden bei der Realisierung synchronisierter, mehrfreiheitsgradiger integrierter Messungen wird in diesem Artikel ein Messsystem auf Basis von mehrkanaliger differenzieller Laserinterferometrie vorgeschlagen und verifiziert. Durch den Aufbau eines siebenfachen Interferometer-Layouts und eines einheitlichen mathematischen Modells wurde die synchrone Berechnung der sechs Freiheitsgrade der Position optischer Komponenten einschließlich Verschiebungs- und Drehwinkelinformationen realisiert. Simulationen zeigen, dass unter idealen Bedingungen der RMS-Fehler der Positionsmessungen in X-, Y- und Z-Richtungen besser als 3,384 nm und der Winkelmessfehler besser als 4,616 μrad ist. In der experimentellen Verifikation erreichte die RMS-Stabilität von Verschiebung und Winkel in statischer Umgebung jeweils 7 nm bzw. 16,4 μrad; zur Untersuchung der Reaktion des Systems auf kleine Verschiebungsänderungen wurde durch eine Antriebstisch eine Submikrometer-Stufenverschiebung eingebracht, und die statistische Analyse der Systemausgabe ergab eine gute Reproduzierbarkeit und Stabilität der Verschiebungsausgabe in den stabilen Intervallen vor und nach der Stufe, wobei die RMS-Schwankung im Nanometerbereich lag. Weiterhin zeigten bei stufenartiger Winkeländerung um -300 μrad und -500 μrad die linearen Korrelationskoeffizienten zwischen Systemausgang und Autokollimator-Referenzwerten 0,984 bzw. 0,937, und der Residual-RMS wurde innerhalb von 44 μrad kontrolliert. Das System ist kompakt, störfest und hochlinear und eignet sich für die Echtzeit-Wichtigkeitserfassung in den oben genannten hochpräzisen Anwendungen. Zukünftig werden Kalibrierungen von Mehrfreiheitsgrad-Kopplungsfehlern und Studien zur dynamischen Umfeldanpassungsfähigkeit durchgeführt, um die Praxistauglichkeit und Zuverlässigkeit des Systems weiter zu verbessern.

Präzisionsmontage;hochpräzise Messung;Messung der sechs Freiheitsgrade der Position;mehrkanalige differentielle Laserinterferometrie