[发明专利]一种大曲率半径球面光学元件自动化位姿调整方法与装置

权利要求书

1.一种大曲率半径球面光学元件自动化位姿调整方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、利用高倍显微镜(S15)和CCD相机(S16)成像，移动XY方向二维导轨在大曲率半径球面光学元件(S1)表面寻找到第一表面特征点(A)；所述的表面特征点指大曲率半径球面光学元件(S1)表面边缘的疵病、擦痕具有信息特征的点；

步骤2、利用高倍显微镜(S15)对第一表面特征点(A)进行等步长连续多幅暗场灰度图像采集；所述的暗场灰度图像是指用高亮度环形LED冷光源发射的平行光束照射大曲率半径球面光学元件(S1)表面的第一表面特征点(A)产生散射光线，散射光线被高倍显微镜(S15)和CCD相机(S16)收集所形成暗场灰度图像；

步骤3、选取暗场灰度图像中合适的区域进行灰度图像边缘算子：Tenengrad算子F值的计算；所述的暗场灰度图像中合适的区域指待测球面元件(S1)被采集的图像视场中，由于球面的弯曲程度超过显微光学系统的景深范围而造成一个图像视场中有清晰和模糊像的不同区域，选取处理效果好的清晰区域进行计算；所述的Tenengrad算子F由下式表示：

其中

掩模模板T_x和T_y大小为：

其中f(x,y)为(x,y)像素位置的灰度等级；

步骤4、利用曲线拟合方法拟合图像Tenengrad算子F值与高倍显微镜(S15)移动距离曲线，并通过搜索曲线中Tenengrad算子F值的极值的方法，得到高倍显微镜(S15)的正焦位置，得到第一表面特征点(A)的坐标(x_A,y_A,z_A)；

步骤5、利用高倍显微镜(S15)和CCD相机(S16)成像，移动XY方向二维导轨寻找到大曲率半径球面光学元件(S1)第二表面特征点(B)、第三表面特征点(C)、第四表面特征点(D)；所述的第一表面特征点(A)、第二表面特征点(B)，指其两点连线为大曲率半径球面光学元件(S1)竖直方向直径的两边缘点，第三表面特征点(C)、第四表面特征点(D)，指其两点连线为大曲率半径球面光学元件(S1)水平方向直径的两边缘点；

步骤6、重复步骤2至步骤4过程，得到第二表面特征点(B)的坐标(x_B,y_B,z_B)，第三表面特征点(C)的坐标(x_C,y_C,z_C)，第四表面特征点(D)的坐标(x_D,y_D,z_D)；

步骤7、将第一表面特征点(A)的坐标(x_A,y_A,z_A)，第二表面特征点(B)的坐标(x_B,y_B,z_B)换算为俯仰调整电机(S5)的调整量δ₁，第三表面特征点(C)的坐标(x_C,y_C,z_C)，第四表面特征点(D)的坐标(x_D,y_D,z_D)换算为自旋调整电机(S11)的调整量δ₂；

步骤8、按调整量δ₁驱动俯仰调整电机(S5)，按调整量δ₂驱动自旋调整电机(S11)；所述的驱动俯仰调整电机(S5)指驱动俯仰调整电机(S5)通过同步带(S6)驱动俯仰驱动机构组件(S7)实现沿Z轴的直线运动，从而驱动调整上板(S3)实现绕长转轴(S4)的俯仰动作；所述的驱动自旋调整电机(S11)指驱动自旋调整电机(S11)实现沿Y轴的直线运动顶住调整顶块(S10)，实现了调整中间板(S8)沿圆弧导轨(S9)做的自旋转动；

步骤7具体实现如下：

7-1.对俯仰维自动化位姿调整建模，沿Z方向上选取不同的第一表面特征点(A)、第二表面特征点(B)两位置，即两点的X坐标相同，Z方向坐标z_A、z_B不同，分别对两位置自动对焦清晰后，得到这两点的Y坐标y_A、y_B，几何关系可得：

δ₁＝O₁M₁·tanα(5)

公式(5)中α为俯仰维偏角，O₁M₁为俯仰调整电机(S5)到俯仰维长转轴(S4)在Y方向上的距离，为已知量，求得的δ₁即俯仰调整电机(S5)所要改变的位移调整量；

7-2.对自旋维自动化位姿调整建模，圆弧导轨(S9)绕其等效旋转中心(S13)进行自旋转动；沿X方向上选取不同的第三表面特征点(C)、第四表面特征点(D)两位置，即两点的Z坐标相同，X方向坐标x_C、x_D不同，分别对两位置自动对焦清晰后，得到这两点的Y坐标y_C、y_D，几何关系可得：

δ₂＝O₂M₂·tanθ(7)

公式(7)中θ为自旋维偏角，O₂M₂为自旋调整电机(S11)到圆弧导轨(S9)的等效旋转中心(S13)在X方向上的距离，为已知量，求得的δ₂即自旋调整电机(S11)要改变的位移调整量。