[发明专利]一种双面微柱面透镜阵列垂直度的检测装置和方法

权利要求书

1.一种基于双面微柱面透镜阵列垂直度的检测装置的检测方法，其特征在于：该装置包括：双面微柱面透镜阵列(101)，第一小球(102)，第二小球(103)，沿X轴和Y轴的二维平移台(104)，绕Z轴的旋转台(105)，Z轴方向高度接触测量设备(106)和计算机(107)；其中：

双面微柱面透镜阵列(101)放在绕Z轴的旋转台(105)上，绕Z轴的旋转台(105)放在沿X轴和Y轴的二维平移台(104)上，双面微柱面透镜阵列(101)位于Z轴方向高度接触测量设备(106)下方；其中，Z轴方向高度接触测量设备(106)能沿Z轴运动，并精确测量高度信息；计算机(107)与沿X轴和Y轴的二维平移台(104)，绕Z轴的旋转台(105)和Z轴方向高度接触测量设备(106)相连，用于发出控制信号及获取被测物体的形貌信息；

双面微柱面透镜阵列(101)的上表面为微柱面透镜阵列，下表面也是微柱面透镜阵列；

第一小球(102)和第二小球(103)大小相同，已知曲率半径R，面形精度高，底部切除1/5球体；

上、下表面微透镜柱面阵列的母线相互垂直；

该方法包括如下步骤：

步骤(1)、将双面微柱面透镜阵列(101)放在绕Z轴的旋转台(105)上，调整使得双面微柱面透镜阵列(101)的端面ABCD与X轴平行；

步骤(2)、测试双面微柱面透镜阵列(101)的上表面某一个柱面区域形貌，并做柱面拟合，获得双面微柱面透镜阵列(101)的上表面的母线方向向量(a₁,b₁,c₁)；

步骤(3)、将双面微柱面透镜阵列(101)绕Y轴转180度后放在绕Z轴的旋转台(105)上，调整使得双面微柱面透镜阵列(101)的端面ABCD与X轴平行；

步骤(4)、测试双面微柱面透镜阵列(101)的下表面某一个柱面区域形貌，并做柱面拟合，获得双面微柱面透镜阵列(101)的下表面的母线方向向量(a₂,b₂,c₂)；

步骤(5)、计算双面微柱面透镜阵列(101)的上表面柱面的母线方向向量与下表面柱面的母线方向向量的夹角θ，如下式所示，

将双面微柱面透镜阵列(101)放在绕Z轴的旋转台(105)上，调整使得双面微柱面透镜阵列(101)的端面ABCD与X轴平行时，采用的方法如下：

(11)、将双面微柱面透镜阵列(101)放在绕Z轴的旋转台(105)上，双面微柱面透镜阵列(101)的端面ABCD与X轴大致垂直，第一小球(102)放在绕Z轴的旋转台(105)上，且与双面微柱面透镜阵列(101)的端面ABCD相切，第二小球(103)放在绕Z轴的旋转台(105)上，且与双面微柱面透镜阵列(101)的端面ABCD相切；

(12)、测试第一小球(102)的顶部区域的形貌，并做球面拟合得到第一小球(102)的球心坐标，计算机(107)控制沿X轴和Y轴的二维平移台(104)和Z轴方向高度接触测量设备(106)，测试第一小球(102)顶部区域，获得数据点(x_1i,y_1i,z_1i),i＝1,2,…,N₁，N₁为测试点总数，用最小二乘法做球面拟合，使得拟合残差ε₁最小，获得第一小球(102)的球心的坐标(x₁₀,y₁₀,z₁₀)，R为小球的曲率半径，如下式所示，

(13)、测试第二小球(103)的顶部区域的形貌，并拟合得到第二小球(103)的球心坐标，计算机(107)控制沿X轴和Y轴的二维平移台(104)和Z轴方向高度接触测量设备(106)，测试第二小球(103)顶部区域，获得数据点(x_2j,y_2j,z_2j),j＝1,2,…,N₂，N₂为测试点总数，用最小二乘法做球面拟合，使得拟合残差ε₂最小，获得第二小球(103)的球心的坐标(x₂₀,y₂₀,z₂₀)，R为小球的曲率半径，如下式所示，

(14)、计算得到第一小球(102)的球心与第二小球(103)的球心连线与X轴的夹角为α，计算方法如下式，

(15)、计算机(107)控制绕Z轴的旋转台(105)旋转-α，使得第一小球(102)的球心与第二小球(103)的球心连线与X轴平行，即双面微柱面透镜阵列(101)的端面ABCD与X轴平行。