[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

权利要求书

1.一种高精度表面形貌测量机的传感器灵敏度测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

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)。

2.根据权利要求1所述的高精度表面形貌测量机的传感器灵敏度测量方法，其特征在于，所述步骤S8中的第一种方法是使用平面镜和倾斜台配合测量MBAS的灵敏度：为了确定MBAS的灵敏度，选择测量点并精确调整指定角度；利用公式(7)，只需测量两个点的焦距f和两个点之间的透镜间距d则可计算灵敏度W：

步骤S811：l为支点与观测点之间的距离，h为倾斜阶段的位移，t为倾斜角，则倾斜角t可表示为：

步骤S812：MBAS的灵敏度可表示为：

式中，p表示倾角t与MBAS的灵敏度W_AB之比；

步骤S813：由(9)和(10)可得出MBAS的灵敏度W_AB表示如下：

步骤S814：透镜的焦距f可表示为：

步骤S815：由(11)和(12)可得出透镜的焦距f表示如下：

式中d_s为CMOS的敏感区范围长度；比值p可根据平面镜的标定实验通过多次重复测量求平均值计算出，由此可以计算出焦距f；

步骤S816：根据式(14)计算出透镜的间距d；

d＝(d_A-d_B)d_s (14)

步骤S817：利用焦距f和透镜间距d通过式(7)计算得到MBAS在点A和点B之间的灵敏度W_AB。

3.根据权利要求1所述的高精度表面形貌测量机的传感器灵敏度测量方法，其特征在于，所述步骤S8中的第二种方法是使用圆柱平凸透镜配合测量MBAS的灵敏度：利用公式(8)，只需测量差分间距Δd_AB和(R+2k)则可计算灵敏度W_AB：

步骤S821：计算差分间距Δd_AB：差分间距和两点角差之间的关系表示为：

式中两点角差Δc_ab可由MBAS直接测得；

步骤S822：重复测量(R+2k)多次求平均值；

步骤S823：利用曲率半径R和差分间距Δd_AB通过式(8)计算得到灵敏度W_AB。