[发明专利]一种多表面系统的综合测量与评估方法

说明书

本发明属于光学测量技术领域，具体为一种多表面系统的综合测量与评估方法。本发明具体步骤包括：在统一坐标框架下对多面系统进行表面的三维坐标数据测量，并结合多面系统的设计模型，进行表面几何特征的计算；随后进行表面几何特征的优选，并以此进行最佳表面系统匹配；然后进行表面系统的质量评估，包括各个面的相对误差、整体偏差，以及对单个面或感兴趣的某个面进行评估等。本发明多表面系统包括渐进式镜片、自由曲面棱镜等。采用本发明方法可实现各类复杂曲面及组合面系统的系统误差和面型误差的分析评估，包括基于厚度参数的一系列参数评估。

技术领域

本发明属于光学测量技术领域，具体涉及一种多表面系统的综合测量与评估方法。

背景技术

多表面系统指由超过1个面组成的表面系统，例如，常用的光学镜片，由前表面、后表面以及侧表面构成；用于VR/AR系统的棱镜，由三个工作表面和两个定位面构成。如图1所示。由多表面系统形成的各种部件的最终功能效果，与这些面的质量以及各个面之间的位置关系密切相关。例如，光学镜片的性能，不仅与单个表面的质量有光，而且，前后面的相对位置，包括厚度、偏心、倾斜、扭曲（非回转镜片）等，都会影响光学镜片的最终成像效果。目前，测量技术集中在对单个表面的测量和质量评估，包括面形误差、表面光洁度等；虽然也有光学设备可实现部分参数，例如，镜片中心厚度、偏心量等某一参数的测量，但这些设备往往是专用设备，价格昂贵且缺少通用性，而且主要针对某一参数进行测量。目前仍然缺少一种对多表面系统的综合测量方法和技术，能较为全面的对这类多表面系统进行综合测量和评估。

发明内容

针对上述现状和问题，本发明提出一种多表面系统的综合测量和评估方法，以实现对多表面系统的多参数评估。

本发明提出多表面系统的综合测量和评估方法，包括不同面之间的相对位置误差、单个面面形误差的测量与评估等。图2所示为该综合方法的流程图。具体步骤如下：

（1）首先，在统一坐标框架下，对多表面系统进行表面的三维坐标数据测量，或对多表面系统进行可以转换为三维坐标数据的图像数据的测量，并结合多表面系统的设计模型，进行表面几何特征的计算。

所述表面几何特征，包括表面的棱边、顶点、几何中心、平均曲率、高斯曲率等。棱边、顶点等简单几何特征，可根据表面数据的跳变特征直接获得。对于几何中心、平均曲率、高斯曲率等几何特征的计算如下：若表面的N个测量点为，则几何中心的计算方法为：

（1）

表面某点处的平均曲率H为：

（2）

表面某点处的高斯曲率K为：

（3）

其中，k₁，k₂为曲面该点处的两个主曲率；

（2）随后，进行几何特征的优选，并以此进行最佳表面系统匹配；进行几何特征的优选即根据步骤(1)所确定的表面几何特征，选择可以快速确定刚体空间转换参数的几何特征。几何特征的优选基本准则是从简单几何面形到复杂几何面形，例如，顺序可按: 点-线-平面-球面-非球面-自由曲面，以及由这些几何面形确定的几何特征，例如，平面的法向，球面的球心，非球面的顶点和回转轴，自由曲面的平均曲率或高斯曲率等。从而根据优选的表面几何特征进行刚体空间转换。在此过程中，不同表面的几何特征可以多次使用，从而实现最佳表面系统匹配；