[发明专利]基于液体基准平面比较测量的自由曲面测量方法及装置

权利要求书

1.基于液体基准平面比较测量的自由曲面测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将液面基准置于自由曲面样品正下方的载物台上；利用纳米精度高度测量传感器，对液面基准表面进行测量；调整液面基准位置，使其适应自由曲面的测量；

所述液面基准的曲率半径和地球曲率半径相同；当液体平面的直径为0.5m时，其峰谷值为λ/100；

步骤二：将自由曲面样品姿态调整装置安放于支撑架的载物台上；调整自由曲面样品姿态调整装置的姿态，使其与Z向气浮导轨垂直；

步骤三：将被测自由曲面样品和液面基准，分别放置在自由曲面样品姿态调整装置和自由曲面样品正下方的载物台上；利用Z向气浮导轨移动，使桁架和被测自由曲面样品发生相对移动；通过两个纳米精度高度测量传感器，同时获取液面基准和被测自由曲面样品的Z向表面高度信息；

步骤四：当被测自由曲面样品表面倾角超过纳米精度高度测量传感器的倾角测量范围时，通过纵向最小区域法进行姿态判定，调节自由曲面样品姿态调整装置，使被测自由曲面样品的倾角在系统可测范围内；然后，驱动X向气浮导轨和Y向气浮导轨，沿蛇形路径扫描被测自由曲面样品，通过纳米精度高度测量传感器，获取每个测量点的表面高度数据，实现被测自由曲面样品轮廓的X-Y平面扫描检测；

步骤五：利用纳米精度高度测量传感器测量得到的液面基准高度数据，对X-Y平面扫描检测时的高度方向直线运动误差进行补偿；利用纳米精度高度测量传感器测量得到的平面平晶表面高度数据，对X向气浮导轨平面扫描检测时的横向直线运动误差进行补偿；利用纳米精度高度测量传感器测量得到的平晶表面高度数据，对Y向气浮导轨平面扫描检测时的横向直线运动误差进行补偿；将自由曲面样品三维形貌数据拟合，得到被测自由曲面样品的整体面型轮廓，求解自由曲面表面轮廓的表征多项式，进而实现自由曲面形貌的纳米精度检测。

2.如权利要求1所述的基于液体基准平面比较测量的自由曲面测量方法，其特征在于，所述平面平晶的面型精度，达到二十分之一波长。

3.基于液体基准平面比较测量的自由曲面测量装置，其特征在于，包括：主动气浮隔震弹簧(1)、气浮隔震基座(2)、X向气浮导轨(3)、龙门架(4)、第一纳米精度高度测量传感器(5)、第一平面平晶(6)、第二纳米精度高度测量传感器(7)、第三纳米精度高度测量传感器(8)、Z向气浮导轨(9)、Y向气浮导轨(10)、自由曲面样品姿态调整装置(11)、第二平面平晶(12)、第四纳米精度高度测量传感器(13)、桁架(14)、液面基准(15)、支撑架(16)；

上述组成部件的连接和位置关系为：

气浮隔震基座(2)安装在主动气浮隔震弹簧(1)上；X向气浮导轨(3)、龙门架(4)，安装在气浮隔震基座(2)上；Y向气浮导轨(10)安装在龙门架(4)上；Z向气浮导轨(9)安装在Y向气浮导轨(10)的导套上，并随同Y向气浮导轨(10)运动；液面基准(15)安装在X向气浮导轨(3)的导套上，并与Z向气浮导轨(9)垂直；第一纳米精度高度测量传感器(5)安装在X向气浮导轨(3)的导套上；第三纳米精度高度测量传感器(8)安装在桁架(14)上；桁架(14)用于固定第二纳米精度高度测量传感器(7)，带动其移动；第二纳米精度高度量传感器(7)安装在桁架(14)的下端；第二纳米精度高度测量传感器(7)与第三纳米精度高度测量传感器(8)同轴固定；第四纳米精度高度测量传感器(13)用于检测Y向气浮导轨水平方向直线度；第一平面平晶(6)与X向气浮导轨(3)平行，第二平面平晶(12)与Y向气浮导轨(10)平行；自由曲面样品姿态调整装置(11)位于支撑架(16)的载物台上；支撑架(16)用于放置被测自由曲面样品，带动样品做上下移动。

4.如权利要求3所述的基于液体基准平面比较测量的自由曲面测量装置，其特征在于，桁架(14)安装在Y向气浮导轨(10)的导套上，并随其左右移动；第四纳米精度高度测量传感器(13)安装在桁架(14)下端；第三纳米精度高度测量传感器(8)安装在Z向气浮导轨(9)的下端，随其上下移动。

5.如权利要求3所述的基于液体基准平面比较测量的自由曲面测量装置，其特征在于，桁架(14)安装在X向气浮导轨(3)的导套上，并随其沿着X方向移动；第四纳米精度高度测量传感器(13)安装在支撑架(16)上，与第二平面平晶(12)垂直；第三纳米精度高度测量传感器(8)安装在桁架(14)的上端。