[发明专利]类镜面表面测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及测量技术领域，尤其涉及一种类镜面的三维曲面测试方法及装置。

背景技术

光学三维曲面测量技术以其高精度、高效率和非接触性等优点已被广泛应用于高速检测、产品开发、质量控制、反求工程以及CAD/CAM等领域。在工程中,特别是在现代制造业，存在大量表面为类镜面的物体需要测量，例如，汽车工业中的非球面镜、喷漆打蜡后的车身表面、抛光模具表面，建筑陶瓷行业中的瓷砖表面等，该些物体表面均具有类镜面的反射性质。

目前，对于类镜面表面的测量，尤其是对深度类镜面表面的测量非常困难，其主要原因是：一、类镜面表面不具有漫反射特性，对于类镜面表面测量不能采用已成熟的条纹投影轮廓技术；二、现有的类镜面表面测量需要复杂的光学系统，比如采用计算全息光学元件对波面进行补偿，一个具体地例子是，在对抛物面镜表面进行测量时，一般采用相移式干涉仪辅助反射镜完成。这种方法具有很高的精度，但在测量过程中需要一块与被检测元件尺寸相同或更大的辅助反射镜,而这样一个高精度反射镜的加工难度大,制造成本高。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的就是针对现有技术的不足，提出一种成本较低、测试精度高的类镜面表面测试方法及类镜面表面测试。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，提出一种类镜面表面的测试方法，其包括步骤：

S1：在显示屏上显示余弦条纹；将CCD分别沿被测物体类镜面表面X轴方向和Y轴方向移动多次并记录每一移动位置移动前后CCD摄取的余弦条纹图；

S2：比较每一移动位置移动前后的余弦条纹图以获得相位变化值

S3：将相位变化值代入公式：

中，得到被测物体类镜面表面X方向和Y方向的表面斜率；

其中，α表示CCD中轴线与被测物体类镜面表面法线方向的夹角；P表示一副余弦条纹图中相邻条纹间距；L表示被测物体与显示屏的垂直距离；

S4：对X方向和Y方向的斜率分别求解积分，得到被测物体类镜面表面X方向和Y方向的初始高度分布值，X和Y方向初始高度分布值即可表征被测物体类镜面表面的形态。

进一步地，步骤S1中，显示屏与CCD处于同一水平位置。

进一步地，步骤S2中，通过比较每一移动位置移动前后的余弦条纹图的光强分布得到相位变化值其中光强分布I(x,y)与相位变化值的关系式为：

a为零频背景光强度，b为余弦条纹的振幅，P为相邻条纹间距。

进一步地，步骤S1中，CCD分别沿被测物体类镜面表面X轴方向和Y轴方向各移动四次，记录X方向四个移动位置移动前后的余弦条纹图和Y方向四个移动位置移动前后的余弦条纹图。

进一步地，对步骤S4中获得的被测物体类镜面表面X和Y方向的初始高度分布值乘以常数K后得到被测物体类镜面表面的实际高度分布值，其中K=R*δ，R表示CCD影像解析度，δ表示影像像素。

本发明还提供一种类镜面表面测试装置，其包括：

显示装置，用于显示余弦条纹；

CCD，与所述显示装置相同水平高度放置，所述CCD用于沿被测物体类镜面表面X轴方向和Y轴方向移动多次并记录每一移动位置移动前后CCD摄取的余弦条纹图；

处理系统，用于比较每一移动位置移动前后的余弦条纹图以获得相位变化值将相位变化值通过公式计算得出被测物体类镜面表面X方向和Y方向的表面斜率，对X方向和Y方向的表面斜率分别求解积分后得到被测物体类镜面表面的X和Y方向的初始高度分布值；其中α表示CCD中轴线与被测物体类镜面表面法线方向的夹角；P表示相邻条纹间距；L表示被测物体与显示屏的垂直距离。

进一步地，所述CCD还根据每一移动位置移动前后的余弦条纹图获得每一移动位置的光强分布I(x,y)，所述处理系统根据该光强分布I(x,y)获得相位变化值所述光强分布I(x,y)与相位变化值的关系式为：

a为背景光强度，b为振幅，P为相邻条纹间距。

进一步地，所述处理系统还将被测物体类镜面表面X和Y方向的初始高度分布值乘以常数K后得到被测物体类镜面表面X和Y方向的实际高度分布值，其中K=R*δ，R表示CCD影像解析度，δ表示影像像素。