[发明专利]一种基于多传感器扫描的超精密测量方法

摘要

一种基于多传感器扫描的超精密测量方法，为构造两组不同间距的传感器，均利用逐次两点法精确重构出一组直线度轮廓，并确定这两组直线度轮廓间隔的大小，使之能够在前一组曲线和后一组曲线中找到相同的采样点；如果一组曲线中的某条曲线和另一组曲线中的某条曲线至少有两个相同采样点，据此计算出这两条曲线之间的相对平移量和倾斜量，确定这两条曲线之间的位置关系；在第一组曲线中分别确定其与第二组曲线中某一条曲线的相互位置关系，则确定了第一组曲线的相互位置关系，从而在所有采样点上精确重构出被测表面直线度轮廓。本发明测量精度高、测量速度快、可消除传感器系统误差和扫描平台直线度误差。

主权项

一种基于多传感器扫描的超精密测量方法，其特征在于，构造两组不同间距的传感器，均利用逐次两点法精确重构出一组直线度轮廓，并确定这两组直线度轮廓间隔的大小，使之能够在前一组曲线和后一组曲线中找到相同的采样点；如果一组曲线中的某条曲线和另一组曲线中的某条曲线至少有两个相同采样点，据此计算出这两条曲线之间的相对平移量和倾斜量，确定这两条曲线之间的位置关系；在第一组曲线中分别确定其与第二组曲线中某一条曲线的相互位置关系，则确定了第一组曲线的相互位置关系，从而在所有采样点上精确重构出被测表面直线度轮廓；所述重构出被测表面直线度轮廓的具体流程为：步骤(1)：构造两组不同间距的传感器，第一组传感器的间距为s1，第二组传感器的间距为s2，取s1<s2；然后，分别以步长d1和d2进行扫描；设相邻重构点间距：δ；重构总长：p；重构总点数：N；取d1＝s1≠d2＝s2，N＝p/δ，s1,s2为δ的整数倍：选择无公约数的整数步骤(2)：将被测表面的直线度用函数f(x)表示；离散采样后，令f(m)＝f(xm)，m＝0,...,N‑1；设各有效像素点的系统误差为ek，其中k＝1,2,…,k为有效传感器数目；不同间距测量时的偏摆角度分别为θ1,i，其中i＝1,2,…，以及θ2,w，其中w＝1,2,…，进行扫描测量，则各像素位移传感器在各扫描位置测得的距离值分别为：第一组传感器在第i个扫描位置第j个传感器的测量值为：该传感器为逐次两点法中前一传感器测量数据，间距为s1的后一传感器测量值则为：式中：e1,j为第一组传感器中第j个传感器的系统误差，c1,i为第i个扫描位置时扫描平台的高度偏差，θ1,i为第i个扫描位置时扫描平台的偏摆角度；步骤(3)：采用逐次两点法，由以上两式可以求得：Δpj＝pa,j‑pb,j＝Δf1,j(i)+Δe1,j+s1·tg(θ1,i)      (3)式中：上式中，左端为前后两传感器所测位移的差值，为已知量；当采用角度传感器实时检测偏摆角度θ1,i时，右端的末项s1·tg(θ1,i)也为已知值，令：Δf~1,j=Δf1,j·(j)+Δe1,js1=Δpj-s1·tg(θ1,i)s1---(4)]]>对上式做积分，并令每条直线度轮廓的首点轮廓高度值为0，可求得第j条直线度轮廓为：其中共条曲线；同理，利用第二组传感器测得的第二组数据可以求得直线度轮廓：式中，e2,n为第二组传感器中第n个传感器的系统误差，w表示第二组传感器在第w个扫描位置；步骤(4)：选择第一组传感器测得的第一组曲线中的第一条曲线，从第二组传感器测得的第二组曲线中选择至少有两点重构位置和第一组曲线中第一条曲线相同的曲线I；根据此相同坐标位置两点的轮廓高度值计算第二组曲线中该曲线I与第一组曲线中第一条曲线的相对平移量Δh1,a，相对旋转量从而确定第二组曲线中该曲线I上各点与第一组曲线中第一条曲线的位置关系，固定该曲线I，并据此将第一组曲线中的第一条曲线进行精确平移和旋转；式中，Δh1,a、Δh1,b为第一组曲线中第一条曲线和第二组曲线中该曲线I分别在前后两个相同重构位置的高度差，Δx1为该前后两个相同重构位置的横向距离差，a表示前一位置，b表示后一位置；确定第二组曲线中所有满足至少有两点重构位置和第一组曲线中第一条曲线相同的条件的曲线与第一组曲线中第一条曲线的位置关系；步骤(5)：分别选择第一组曲线中其它各条曲线，在第二组曲线上述已经确定位置关系的曲线中选择至少有两点重构位置与所选择的第一组曲线中的曲线相同的曲线，计算相对平移量Δhj,a和相对旋转量从而确定第一组曲线中其它各条曲线与曲线I的相对位置关系，当所有的第一组曲线中曲线相对位置关系都确定后，将其进行组合，就可以在各重构点上精确重构出直线度轮廓；式中，Δhj,a、Δhj,b为第一组曲线中第j条曲线和第二组曲线中对应曲线分别在前后两个相同重构位置的高度差，Δxj为在该前后两个重构位置的横向距离差，a表示前一位置，b表示后一位置；步骤(6)：去掉评价曲线的线性偏移量，求得最终直线度评价曲线。