[发明专利]自由曲面形貌双边错位差动共焦检测方法与装置

摘要

本发明属于光学精密检测技术领域，涉及一种自由曲面形貌的双边错位差动共焦检测方法与装置，可用于自由曲面形貌的纳米精度检测。该装置包括：主动气浮隔震弹簧、气浮隔振基座、X向气浮导轨、龙门架、双边错位激光共焦定焦触发测量系统、激光干涉位移测量镜组、Y向气浮导轨、Z向气浮导轨、自由曲面样品姿态调整装置、参考平晶姿态调整装置、激光干涉仪；采用龙门结构三坐标测量机的轮廓测量方式，结合高精度平面平晶作为基准反射镜，减少X向和Y向气浮导轨直线度对自由曲面表面轮廓高精度检测的影响，从而降低三坐标测量机的21项误差。采用具有三点支撑结构的球面气浮工作台调整被测自由曲面零件的姿态，实现自由曲面零件轮廓的高精度检测。

主权项

1.自由曲面形貌双边错位差动共焦检测方法，其特征在于包括以下步骤：/n步骤一：将高精度平面平晶分别置于自由曲面样品姿态调整装置(9)和参考平晶姿态调整装置(10)上，通过激光干涉仪(11)测量激光干涉测量镜组(6)与高精度平面平晶间的距离，调整自由曲面样品姿态调整装置(9)和参考平晶姿态调整装置(10)的姿态，保证与Z向气浮导轨(8)垂直；/n步骤二：将被测自由曲面样品和高精度平面平晶分别放置在自由曲面样品姿态调整装置(9)上和参考平晶姿态调整装置(10)上，利用Z向气浮导轨(8)带动双边错位激光差动共焦定焦触发测量系统(5)和激光干涉位移测量镜组(6)沿Z向移动，得到测量点(17)的共焦轴向响应曲线；/n步骤三：计算共焦轴向响应曲线(12)的最大值M，将共焦轴向响应曲线(12)向右平移S，得到移位共焦轴向响应曲线(13)，并与共焦轴向响应曲线(12)在M/2附近相交，差动相减后得到双边错位差动共焦轴向强度响应曲线(14),得到双边错位差动共焦轴向强度响应曲线(14)的相减共焦轴向响应近似线性段(15),根据共焦轴向响应曲线(12)对称的特性，将双边错位差动共焦轴向强度响应曲线(14)向左平移S/2得到移位共焦轴向响应近似线性段(16),拟合移位共焦轴向响应近似线性段(16)得到过零点m，结合激光干涉仪(11)测量的位移信息获得被测自由曲面形貌的Z向表面高度和倾角信息；/n步骤四：当被测自由曲面样品表面倾角较大，导致激光差动共焦定焦触发测量系统(5)的激光差动共焦响应光强较弱时，通过纵向最小区域法进行姿态判定，利用位于支撑点(18)的压电陶瓷，调整球面气浮工作台的姿态，使被测自由曲面样品的倾角在系统可测范围内，沿蛇形路径驱动X向气浮导轨(3)和Y向气浮导轨(7)，对每个测量点(17)重复步骤二，采集每一个测量点(17)的表面高度和倾角信息实现自由曲面形貌的X-Y平面扫描检测；/n步骤五：被测自由曲面样品进行X向和Y向扫描检测时的直线运动误差由激光干涉仪(11)测量得到的位移数据进行补偿，将自由曲面样品三维形貌数据{D