[发明专利]基于光学平面条纹图像处理的干涉测量系统误差标定方法

说明书

本发明公开了一种基于光学平面条纹图像处理的干涉测量系统误差标定方法，将测量系统视作一个整体，先拍摄被测对象的一组干涉条纹图像，然后保持测量光学系统不动，将光学平面安装到被测对象的位置并拍摄其干涉条纹图像，最后通过处理光学平面条纹图像来标定实际测量光学系统的误差。该方法操作简单，仅需拍摄并处理一组光学平面的干涉条纹图像就可以标定测量光学系统误差，并补偿被测曲面的测量结果。该方法应用范围较广，可以用于常见的几种干涉测量系统的误差标定，提高干涉测量系统的精度。采用该方法能够统一仿真计算和实际测量光学系统之间的参数，从而实现计算机仿真计算的结果作为测量基准，避免使用实物基准，降低了测量成本，提高了测量的灵活性。

技术领域

本发明属于光学测量领域，具体涉及一种激光干涉测量系统误差的标定方法。

背景技术

激光干涉测量具有：精度高、效率高、信息丰富、保护被测面等诸多优点，是精密表面测量的一个发展方向。由于激光干涉测量系统中各个光学元件的加工误差和安装误差总是无法避免的，导致实际测量光学系统和理论计算光学系统存在差异，称为光学系统误差。光学系统误差不但会降低干涉测量系统的精度，而且导致理想被测表面模型对应的仿真结果无法作为测量基准，不得不采用加工精度极高且参数不同的实物基准，进行比较测量。光学系统误差的存在，不单削弱了激光干涉测量的优势，也限制了其应用范围。为了补偿光学系统误差，必须对干涉测量系统进行标定，即，必须统一仿真计算和实际测量的条件。

查阅相关文献发现一些关于光学系统误差的研究：张健等人在研究用于校准能见度仪的标准散射体定标系统中，分析了影响定标系统中光学系统精度的主要误差，得到了标准散射体定标系统中光学系统误差的传递函数，为提高系统误差分析和补偿提供了理论依据；孙婷等人提出了高精度星敏感器光学系统误差的分析和标定方法；Lin Cunbao等人对外插法光栅干涉系统的优化和光学系统误差进行过研究；金春水等人发明了光学系统波像差标定装置及其测试误差的标定方法，解决现有光学系统在检测光学元件之前无法评价其测试误差是否满足检测精度要求以及选择合适的移相算法对采集的数据进行处理的问题； Kaushal,Sanjeev等人发明了一种针对晶片检测的光学系统，该系统能够进行误差标定； Zhang Song等人研究了针对数字条纹投影三维测量中相位误差的补偿方法；ItoShunji提出了采用小波变换来提取干涉显微镜中的光学系统误差的方法；DeanF.Cornwell介绍了一种非干涉方式来测量光学系统误差的方法，该方法借助散射光来获取光学系统的误差。

上述方法，都是针对特定的系统和特定的对象，所提出的方法都有局限性，无法直接应用在激光干涉法测量曲面形状误差的光学系统误差标定中。

而单独地考虑每个光学元件对测量结果的影响，显然是极为复杂的，也是不可行的。为了标定测量光学系统的误差，本发明提出一种基于光学平面条纹图像处理的干涉测量系统误差的标定方法。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术不足，提供一种基于光学平面条纹图像处理的干涉测量系统误差标定方法，由于常见光学干涉测量系统中各个光学元件的实际加工尺寸与其理想尺寸存在误差，同时各个光学元件的安装位置与其理论位置也存在安装误差，不但降低了测量精度，而且需要高精度的实物基准，限制了光学干涉测量方法在实际生产和生活中的应用。标定常见光学干涉测量系统的误差，进一步补偿光学系统误差，最终可以提高干涉测量精度；而且用计算机的仿真结果构建虚拟测量基准，替代加工精度要求很高，且不同类型的实物基准。

本发明的技术方案是这样实现的：

该发明提出一种整体补偿测量光学系统误差的方法。将测量系统视作一个整体，先拍摄被测对象的一组干涉条纹图像，然后保持测量光学系统不动，将光学平面安装到被测对象的位置并拍摄其干涉条纹图像，最后通过处理光学平面条纹图像来标定实际测量光学系统的误差。该方法包括以下步骤：

步骤一：调整测量光学系统，将被测曲面安装在光学系统中，并拍摄一组被测表面干涉条纹图像。