[发明专利]一种单探头射线方程的标定系统及标定方法

说明书

本发明公开了一种单探头射线方程的标定系统及标定方法，所述标定系统包括光源、标定件、镜头、CCD和计算机，其中光源位于待标定探头正前方，标定件尖部经过探头出射的探测光线，镜头、CCD和计算机在光线传播方向上依次放置；本发明公开的标定方法基于本发明的标定系统进行，先通过光斑成像的方法计算出探测光射线所在的直线方程参数，之后再利于探头与已知曲面之间的距离关系计算出探头的位置参数，即射线起点坐标。本发明公开的标定方法能够获得已安装探头的射线方程参数，利用该参数计算探头检测物体的轮廓数据，对检测数据进行处理或者修正，实现了光学检测及冲击波物理和爆轰物理界面检测。

技术领域

本发明属于光学测量领域，尤其涉及一种单探头射线方程的标定系统及标定方法。

背景技术

在非接触式物体三维轮廓光学检测以及冲击波物理和爆轰物理实验界面检测或距离诊断中，通常利用激光干涉测距技术，其中光纤探头是激光干涉测距技术中探测信号光的出射点及反射信号光的接收器件，当探头作为探测光的出射点时，探头与从探头出射的光线，组成了几何上的一条射线。所谓射线方程标定就是计算探头出射光线的射线方程参数，即计算探测光起点坐标(光纤探头坐标)和探测光线的方向参数，若射线方程参数已知，那么就可以根据物体上某一点与探头之间的位置关系，计算该物体上点的三维空间坐标值，从而实现物体轮廓的测量，因此探测光的射线方程标定是实现物体轮廓检测以及界面检测的关键，也有利于探头的定位、对准及探头检测实验结果的修正，因此在基于频域干涉技术的检测过程中，对已经安装好的探头进行射线方程标定对于激光干涉测距技术的实际应用而言具有重要意义，它是轮廓、界面等检测过程中最重要、最关键的环节，也是能否实现检测结果高精度坐标化的关键。

目前主要是通过机械装配的方式来获取探测光射线方程参数，即通过机械装配的方式保证探头机械轴垂直于待测界面，从而获得探测光射线方程，但这种方法还是存在以下几个问题：1)从光纤探头出射的探测光的光轴与探头机械轴并不能保证完全重合；2)在实际装配中无法严格保证光纤探头机械轴与参考基准面之间的垂直关系；3)光学测试过程中，测试的最佳位置是探头对经测试面反射后的信号光的收集效率最高的探头测试面，这有可能会导致探头的实际装配状态既取法保证机械轴垂直于测试面，又无法保证探测光光轴垂直与测试面。因此，需要对实际装配条件下的探头的射线方程进行标定，从而获得实际安装中探头射线方程参数，以便进行检测数据的处理或者修正。

因此，亟需一种对光纤探头及其出射的探测光组成射线的方程参数的标定方法，该方法基于简单的标定系统实现，能够实现高精度的探头射线方程参数的标定。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种单探头射线方程的标定系统及标定方法，所述方法基于简单的标定系统进行，能够实现高精度的探头射线方程参数的标定。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种单探头射线方程的标定系统，所述标定系统包括：光源、标定件、镜头、CCD和计算机；所述光源通过探头出射，所述标定件具有尖部，标定件尖部顶点位于所述探头出射的探测光线上，所述镜头、CCD和计算机在探测光线传播方向上依次放置。

优选地，所述标定件为锥体或者其他具有尖部的物体。

一种单探头射线方程的标定方法，所述标定方法包括：

S1.将光源、标定件、镜头、CCD和计算机按从左到右的顺序依次放置，其中光源位于探头正前方，光源经过探头出射探测光，在探测光传播方向上依次放置镜头、CCD和计算机，标定件位于探头与镜头之间；

S2：调整标定件的位置，使标定件尖部顶点在垂直于探测光传播方向的平面上的投影与探测光该平面上的投影光斑的中心重合；

S3：利用三坐标测量机采集标定件上一系列点的坐标值，并通过拟合方程给出标定件尖部顶点坐标；

S4：使标定件位于不同的位置，重复步骤S2和S3，依次获取多个不同位置处标定件尖部顶点坐标值；