[发明专利]基于空变球模型自适应单目偏折的工件面形重构方法

权利要求书

1.一种基于空变球模型自适应单目偏折的工件面形重构方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

①在待测工件表面任选一点作为标志点F，并利用测量工具测量该标志点F的高度h；

②搭建检测光路：设相机光心坐标(X₀，Y₀，Z₀)，通过单目偏折术对待测工件进行测量，获得待测工件表面的标志点F的屏幕坐标(X_S，Y_S，Z_S)和相机像素坐标(X_ca，Y_ca，Z_ca)；

③根据标志点F的相机像素坐标(X_ca，Y_ca，Z_ca)和相机光心坐标(X₀，Y₀，Z₀)，计算标志点F的反射光线的单位方向向量(a_m，b_m，c_m)，并获得标志点F的反射光线方程，公式如下：

④将标志点F的高度h代入反射光线方程，获得标志点F的工件坐标(X_m，Y_m，Z_m)：

Z_m＝h

⑤计算标志点F反射光线的法向量和标志点F入射光线的法向量公式如下：

计算标志点F的法向量公式如下：

⑥球模型拟合：用球面拟合所述的待测工件，球心位于标志点F和法向量的直线上，通过对标志点F反向光线追迹，迭代获得最优球半径，具体如下：

a)任意给定球面半径R，结合标志点F的坐标和法向量(N_x，N_y，N_z)得到球心坐标(X_c，Y_c，Z_c)；

b)由球心坐标(X_c，Y_c，Z_c)、球面半径R和每个测量点的相机像素坐标得到测量点坐标、法向量以及入射光线的方向向量；

c)根据每个测量点坐标和入射光线的方向向量进行反向追迹，并计算追迹的屏幕坐标，将该测量点的屏幕坐标和初始屏幕坐标进行比较，得到反向追迹误差；

d)判断反向追迹误差是否满足预设的可接受最小误差，如不满足，则返回步骤a)；满足，则终止迭代过程，输出拟合得到最优球心半径和对应的初始面形；

⑦获取待测工件的全局最优空变球模型，并通过单目偏折术得到待测元件的重构面形，具体过程如下：

7.1)对待测工件的表面进行步骤⑥，优化球模型拟合，代入偏折术得到重构面形G_n；

7.2)设定循环参数t，令初始t＝2；

7.3)将待测工件划分为t个区域，且各区域部分重合；

7.4)对区域1进行步骤⑥，优化球模型拟合，得到拟合初始面形g₁；

7.5)将区域1和区域2的公共区域中任一点作为区域2的标志点F₂，对区域2进行步骤⑥，拟合初始面形g₂，以此类推，对待测工件的第t个区域进行如上操作得到g_t，最终获得待测工件全局重构面形G_t，G_t＝g₁+g₂+……g_t；

F)判断全局重构面形G_t和G_n的误差是否满足预设的可接受最小值，如不满足，则令G_n＝G_t，t＝t+1，返回步骤7.3)；如满足，则终止迭代过程，输出所有测量点坐标，得到最终重构面形。