[发明专利]一种高精度表面形貌测量机的传感器灵敏度测量方法

说明书

本发明公开了一种高精度表面形貌测量机的传感器灵敏度测量方法，该测量方法利用准直光束经过非球面反射到透镜光路的原理，推导出利用曲率半径计算灵敏度的公式并实现测量传感器的灵敏度。本方案鉴于现有复光束角度传感器灵敏度测量方法出现的步骤繁琐，精确度低，抗干扰能力差等问题，提供一种操作简单，耗时短，抗干扰能力强的传感器灵敏度测量方法对MBAS进行精确测量，使其精度可以达到理论精度，提高形貌光学测量系统的可靠性和精确性。

技术领域

本发明涉及光学检测技术领域，尤其涉及一种高精度表面形貌测量机的传感器灵敏度测量方法。

背景技术

随着微系统制造的小型化和模块化的发展，人们对提高高精度小尺寸产品制造效率的需求也急剧增加。人们对于机械产品或者各类工业产品的表面轮廓、表面质量、尺寸、粗糙度等的要求越来越高，要求测量仪器的精度要求也越来越高。

高精密表面形貌光学测量系统，即复光束角度传感器(Mult-beam angle sensor，以下简称MBAS)的出现克服了传统测量技术精度低，效率低等问题，其理论精度可以达到很高，但在实际应用中并无法达到理论的精度，这源于其灵敏度的检测精度达不到理论要求，而传统的测量方式已无法适合复光束传感器，现有的检测方案也存在诸多问题，如测量板四点测量，其方法步骤繁琐，且测量板的角度问题会造成误差，四个标志点范围之外的点也存在较大误差；比较常用的整体法测量微透镜阵列误差对透镜个体差别无法测量，易引起的图像畸变和局部降质。

因此，现有技术需要进一步改进和完善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高精度表面形貌测量机的传感器灵敏度测量方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种高精度表面形貌测量机的传感器灵敏度测量方法，该测量方法主要包括如下具体步骤：

步骤S1：激光束经曲率半径为R的非球面反射，其中入射光与反射光之间的夹角为2α，再由焦距为f的透镜聚焦。设透镜的点阵间距为d，透镜与非球面之间的距离为k，两个透镜接触点切平面到入射光与非球面交点位置的距离为c。

步骤S2：入射角α可用透镜间距d和曲率半径R表示为：

步骤S3：根据光学不变量，由几何关系可得透镜间距d为：

步骤S4：由等式(1)和(2)可得两个透镜接触点切平面到入射光与非球面交点位置的距离c为：

步骤S5：由几何关系可得光斑中点A和光斑中点B之间的间距d_RAB为：

步骤S6：由方程(3)和(4)可得出透镜间距d和光斑间距d_RAB之差Δd_AB为：

步骤S7：由方程(5)可得：

步骤S8：式中，W_AB为MBAS在点A和点B之间的灵敏度；可采用两种独立的计算方法计算灵敏度，具体公式描述如下：

W_AB＝(f_A+f_B)d (7)

W_AB＝(R+2k)Δd_AB (8)。