[发明专利]一种新型光学曲面二维测量方法及其测量系统

说明书

本发明提供一种新型光学曲面二维测量系统，所述系统包括光源检测端、探测器、待测平台及计算机；所述光源检测端包括若干激光光源，所述若干激光光源呈半球状均匀分布形成光源检测端；所述光源检测端设于待测平台上方，所述待测平台上置放有待测物；所述探测器置于待测平台正上方，且位于光源检测端内的顶部，并与计算机连接；所述激光光源向待测物发射入射光线，所述探测器接收经待测物反射的反射光线并生成光斑信息；所述计算机接收来自探测器的光斑信息，经处理器分析生成对应的被测物的表面面形信息。该测量系统可以一次测量采集整个曲面信息，避免了测量过程中多点多次采集数据；具有结构简单，成本低，且能得到较为准确的测量结果的优点。

技术领域

本发明涉及光学测量领域，具体涉及一种新型光学曲面二维测量方法及其测量系统。

背景技术

光学表面的面形测量方式主要分为接触式测量和非接触式测量方式两种。接触式测量主要为坐标测量机法和轮廓仪法，主要式通过机械探头接触被测光学表面采集数据信息，测量过程中容易划伤光学表面，且需要逐点测量，测量速度慢。传统非接触式测量主要有微透镜阵列法、结构光三维法、相干层析法、干涉法几种测量方法，非接触式测量相对接触式测量精度高，速度快，对测量环境要求低，但测量光路复杂，发展尚未成熟，故而更有研究价值。

在传统的几种非接触式测量方式中，微透镜阵列法是在被测曲面前放置一个由等孔径、等焦距的透镜按一定规律排列的微透镜阵列，微透镜阵列法将入射波面分割成多个子波前测量区域，使每一个子波前区域都在探测器检测范围内，将所有子波前区域的测量结果融合就可以重构出整个波前测量结果，波前相位信息由被测曲面调制而成，最终成像到CCD探测器上，形成一个整齐排列的光斑图样，根据波前复原法计算得到被测曲面面形。但该方法在测量过程中会受到透镜阵列个数的限制，影响其采样数量和精度，产生误差甚至是波前回复错误。

结构光三维法将结构光投射到被测表面，再利用摄影系统采集不同角度的由被测曲面调制的光图样，通过图像处理的方法处理调制图样，将其换算成被测曲面上各点的坐标数据信息。结构光三维法在测量过程中无需平台运动，减少了不必要的误差，但该测量需在测量前进行系统标定，包括CCD相机的标定和系统几何参数的标定，系统标定与该测量方法涉及到的位相调解、相位高度转换一并为该测量方法涉及到的几大难点，同时也限制了结构光三维法在自由曲面测量领域的发展。

相干层析法是通过参考光脉冲和信号光脉冲的干涉图样分析被测光学表面的面形信息。扫频激光经过分束后，一束进入参考光路，成为参考光束，光路中设有光栅来补偿光源色散，一路进入检测光路，结合被测物的移动对被测光学表面进行扫描，参考光脉冲和信号光的某个脉冲经过相等光程同时到达探测器发生干涉，当移动参考镜时，参考光与不同深度的光发生干涉，记录下相应的参考镜位置，就可以反映被测光学表面的不同深度信息，也就是被测光学表面的面形信息。在该测量过程中，需要用到xy轴平台不断移动被测物以方便采集被测表面各点的深度信息，在平台移动的过程中极易产生不可控误差，从而导致被测表面面形还原偏离原表面。

干涉法是激光光源经过调试光路(或者以及补偿器)在被测曲面处形成与其面形一致的波前，经被测曲面反射后返回，最终成像在CCD探测器，该测量方法的难点在于补偿器元件的涉及加工与调试。其中，在不用补偿器的非零位测量方法中，光线反射时会产生一定的回程误差，需要相应的误差校正算法消除回程误差。该方法对于千变万化的自由曲面来说，整个测量过程更加复杂，且补偿器的设计生产增加了测量成本，降低了测量速率。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的光学曲面测量方式测量原理复杂，误差较大，或者对系统、环境要求较高的不足，提供一种新的光学曲面测量技术。

为了实现上述目的，本发明提供了一种新型光学曲面二维测量方法，该方法需应用光源检测端、探测器、待测平台及计算机；该方法包括以下步骤：

S1：若干个激光光源呈半球状均匀分布形成光源检测端；